EP3118524B1 - Verfahren zum steuern eines garverfahrens in einem gargerät sowie gargerät - Google Patents

Verfahren zum steuern eines garverfahrens in einem gargerät sowie gargerät Download PDF

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EP3118524B1
EP3118524B1 EP16166473.5A EP16166473A EP3118524B1 EP 3118524 B1 EP3118524 B1 EP 3118524B1 EP 16166473 A EP16166473 A EP 16166473A EP 3118524 B1 EP3118524 B1 EP 3118524B1
Authority
EP
European Patent Office
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browning
cooking
temperature
product
value
Prior art date
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Active
Application number
EP16166473.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3118524A1 (de
Inventor
Thomas Schreiner
Martin Heinrich
Wolfgang Schmidberger
Gregory SCHMAUCH
Martin Heim
Lucia Volkheimer
Monika Plattner
Fabian Heß
Thomas Bröll
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Rational AG
Original Assignee
Rational AG
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Publication date
Application filed by Rational AG filed Critical Rational AG
Publication of EP3118524A1 publication Critical patent/EP3118524A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3118524B1 publication Critical patent/EP3118524B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C7/00—Stoves or ranges heated by electric energy
    • F24C7/08—Arrangement or mounting of control or safety devices

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a cooking method in a cooking appliance and a cooking appliance.
  • the cooking time (or the cooking temperature) must be adjusted to the load in the appliance.
  • the prior art has already considered using weight sensors, optical image recognition, etc. to detect the load in the cooking chamber and to change various parameters as a function of the load. In this way, it is to be ensured for a respectively selected cooking process that the product to be cooked has the same consistency at the end of the cooking process, regardless of the load.
  • An example of such a procedure can be found in EP 2 098 788 A2 .
  • the cooking temperature does not only have to be adjusted to the load in the cooking appliance. Even with mixed loads, it may be necessary to adjust the temperature.
  • the cooking time or the cooking temperature can then be adjusted accordingly in order to either achieve the desired degree of browning or to indicate to the operator that the desired degree of browning is no longer due to the changed parameters can be achieved, but only a lower degree of browning.
  • a deviation from the ideal temperature due to operator intervention in the cooking process parameters or due to a recalculation and change of the cooking process parameters with a mixed load also have an impact on the browning.
  • the change to be made must be determined in advance by trials. Changing the cooking parameters depends on both the product and the process. There is also a dependency on the respective device type. Extensive series of tests would therefore be necessary in order to determine the appropriate changes in the process parameters for all combinations of products to be cooked, cooking processes and different types of appliance.
  • the load detection based on the temperature curve is only possible reliably if the load always changes in the same way. However, if the preheating is different, the door is only open for a very short time or for a particularly long time, or the door is opened during a cooking process in order to change the load, the load status can no longer be reliably identified, meaning that the cooking process does not always start leads to the perfect result.
  • a (product-related, load-related and/or customer-related) change in humidity also has an effect on browning.
  • a method and a cooking appliance are known in which a specific heat input is determined in a product to be cooked, this specific heat input is integrated over the cooking time and the cooking process is ended when this heat flow integral reaches a predetermined value. It is therefore used as a key parameter for controlling the Cooking process determines the specific heat input into the product to be cooked, i.e. the heat flow per surface of the food to be cooked.
  • the specific heat input is one of the key parameters with which all deviations in the actual cooking process from the previously defined theoretical cooking process are almost automatically recorded.
  • the heat flow integral i.e. the total heat input into the product to be cooked
  • the total heat input into the product does not allow any statement to be made about the cooking of the surface of the product, in particular about the degree of browning .
  • the total heat input into the product is as high as desired; the surface of a roll, for example, is not browned as it should actually be.
  • the energy meter described is based on the assumption that browning occurs very quickly as soon as the surface temperature rises above 100°C. For this it is necessary to evaporate the water in a layer close to the surface, which requires a certain amount of energy per surface.
  • the energy counter counts the energy transferred per surface and the desired browning is achieved in this model as soon as the energy counter has reached a predetermined, experimentally determined value.
  • the rate of energy transfer and thus the rate of increase of the energy counter depend linearly on the difference between the cooking chamber temperature and the surface.
  • the surface temperature in this case is below but close to Boiling temperature, with the difference to the boiling temperature depending on the humidity.
  • the object of the invention is to provide a method for cooking food in which a desired browning can be reliably achieved or a desired browning can be predicted given cooking chamber climate and time specifications, in particular for products such as rolls.
  • a method according to claim 1 is provided according to the invention.
  • a cooking appliance according to claim 11 is also provided.
  • the term "order of magnitude of the boiling temperature of water” here stands for a temperature in the range from 80°C to 120°C, in particular for a temperature in the range from 100°C to 120°C.
  • the invention is based on the basic idea of dividing the cooking processes into two sections, namely a first section in which the product to be cooked is heated to such an extent that its surface has a temperature in the range of the boiling temperature of water, and a second section in where the temperature of the surface is above the boiling point.
  • the energy input above the boiling temperature is essentially relevant for browning, since the so-called Maillard reaction, which leads to browning of the surface of the product to be cooked, only takes place above a certain surface temperature. Therefore, if browning is an essential parameter for a particular product, the energy input below the surface temperature at which a Maillard reaction does not occur is completely, or at least to a significant extent, "blanked".
  • this phase of the cooking process in which the surface temperature is below the boiling temperature of water, can be taken into account in the cooking process, since this phase is preparatory to browning. It has been found that the resulting browning of the product to be cooked can be well estimated in this way.
  • the tanning counter which only starts counting when the upstream energy counter has reached the specified value. Since tanning is a chemical reaction, a typical temperature dependence of chemical reactions, the Arrhenius law, is assumed for the counting speed of the tanning counter. In this way, the tanning behavior can be approximated very precisely.
  • a preparation phase of a roast in a cooking appliance can contain a browning cooking process that is completed when the desired browning is obtained (ie the roast is seared), and which is then followed by cooking until a predetermined core temperature is reached.
  • the point in time at which the surface of the product exceeds a temperature of the order of magnitude of the boiling temperature of water is determined by measuring the surface temperature. This can be done using temperature sensors that record the surface temperature directly, for example infrared sensors. These do not have to record all the products to be cooked in the cooking chamber, but rather one or a few products at representative points in the cooking chamber.
  • the time at which the surface of the product has a temperature in the order of Exceeds the boiling point of water is estimated in that a specific heat input is determined in the product, integrates this specific heat input over the cooking time and then the time is assumed to be reached when this heat flow integral has reached a predetermined boiling point.
  • the surface temperature is estimated from the amount of energy that was put into the product to be cooked during the cooking process.
  • the specific heat input can be determined from the product of an assumed heat transfer coefficient for the current cooking process and a driving temperature difference. With these two parameters, the most important influencing factors for the energy input into a product to be cooked are taken into account.
  • the driving temperature difference can in particular be the difference between a cooking medium temperature and a surface temperature of the product to be cooked.
  • the browning value at which the cooking process is ended was experimentally determined in advance for different products to be cooked (and possibly modified depending on target values entered by the user). A user can thus immediately fall back on tried and tested cooking processes.
  • a self-learning function can be provided, with which a user can modify the previously determined values as desired.
  • the browning counter can also be used as a basis for balancing the selection of suitable receipts when the cooking appliance is loaded with mixed loads.
  • tanning counter and the calculation carried out can be used as a basis for predicting a deviation from the target value in the event of an intentional or unintentional climate deviation.
  • a tanning database can be present for this purpose, for example, either in the cooking appliance itself or available by means of data access, for example via the Internet.
  • the data in the tanning database can be modified depending on the result of the comparison. In this way, a learning function can be implemented.
  • a sensor that can record data relevant to tanning.
  • the data from the browning counter can be compared with the data from this sensor in order to be able to modify the cooking process if necessary.
  • the sensor can be a camera that can determine the browning directly from the color of the surface of the product.
  • the sensor can also be a gas sensor, with which conclusions can be drawn about the progress of the cooking process on the basis of gases, for example carbon dioxide, which are produced during cooking.
  • a cooking appliance 10 is shown schematically, which is intended for professional use in large-scale catering, in restaurants, canteens, etc. It contains a cooking chamber 12 which is accessible from the outside by opening a door 14 .
  • the cooking chamber accessories 16 can be arranged, indicated here schematically, for example baking trays, grill plates, baking tins or grates on which the products to be cooked are located.
  • a heating device 18 and a fan wheel 20 are provided, with which the atmosphere present in the cooking chamber 12 (also referred to as the cooking medium) can be heated and circulated.
  • a steam module can also be integrated into the heating device 18 in order to bring the humidity of the cooking medium to a predetermined value.
  • the cooking appliance 10 also includes a controller 22 which, inter alia, receives signals from a temperature sensor 24 which is arranged directly downstream of the heating device 18 here, and a humidity sensor 26 which is arranged inside the cooking chamber 12 here.
  • a controller 22 which, inter alia, receives signals from a temperature sensor 24 which is arranged directly downstream of the heating device 18 here, and a humidity sensor 26 which is arranged inside the cooking chamber 12 here.
  • the heating device 18 and a drive motor 28 of the fan wheel 20 are controlled by the controller 22 .
  • an operating unit 30 which contains an input window 32 and an output window 34 .
  • the input window can be used to preselect a specific cooking process, for example the product to be cooked and the desired level of browning
  • the output window can be used to show the user the remaining time of the current cooking process, for example, or to indicate which of the various rack levels in the cooking chamber is on are the products whose cooking process is currently complete.
  • the input window and the output window can also be combined to form a multifunctional unit.
  • the control unit 30 can be designed in such a way that it emits acoustic signals, for example a notification tone as input confirmation or a signal tone when the end of a cooking process is reached.
  • the controller 22 contains, among other things, an integrator 36, with which the specific heat input into a product to be cooked in the cooking chamber 12 can be determined over time, a browning counter 37, with which a browning counter value in a product being cooked in the cooking chamber 12 can be determined over time and an evaluation circuit 38, which can control various parameters of the cooking process as a function of the integrated values supplied by the integrator 36.
  • an integrator 36 with which the specific heat input into a product to be cooked in the cooking chamber 12 can be determined over time
  • a browning counter 37 with which a browning counter value in a product being cooked in the cooking chamber 12 can be determined over time
  • an evaluation circuit 38 which can control various parameters of the cooking process as a function of the integrated values supplied by the integrator 36.
  • the integrator 36 integrates the specific heat input into the product to be cooked over the cooking time.
  • Specific heat input is the amount of energy absorbed per unit area of the surface of the product to be cooked per unit of time.
  • the integrator takes into account a heat transfer coefficient a, which is stored for different, predefined cooking processes (that is, for each product and the different cooking states of the products).
  • the assumed Heat transfer coefficient ⁇ is additionally modified as a function of other parameters, in particular as a function of the speed of the fan wheel 20 and the type of device. With regard to the dependence of the heat transfer coefficient ⁇ on the speed of the fan wheel 20, it can be assumed that the air speed is proportional to the fan speed. Based on this, the heat transfer coefficient to be used in each case can be estimated using approximation formulas.
  • the integrator takes into account a driving temperature difference, which can generally be assumed to be the difference between a temperature T M of the cooking medium and a temperature T O at the surface of the product to be cooked.
  • the temperature of the cooking medium can be detected relatively reliably.
  • the value detected by the temperature sensor 24 can be used for this.
  • More precise values result if the cooling of the cooking medium in the cooking chamber 12 is also taken into account, which can be determined on the basis of the power that has to be provided by the heating device 18 in order to keep the temperature in the cooking chamber constant. It is particularly preferred if the mean value between the temperature "in front of" the cooking chamber and "behind" the cooking chamber is used as the temperature of the cooking atmosphere, so that a mean value for the cooking medium temperature is obtained.
  • the signal from the humidity sensor 26 can be taken into account, since the humidity of the atmosphere in the cooking chamber affects the surface temperature T O of the product to be cooked.
  • a value for the integrated specific heat input over the cooking time (hereinafter referred to as "heat flow integral") is stored in the evaluation circuit 38 for each cooking process that the cooking appliance 10 can run, which is equated with reaching the boiling temperature on the surface of the product to be cooked will.
  • This value can be determined experimentally for each product to be cooked with different loads in the cooking chamber 12, for the different properties of the finished product (for example browning on the surface or core temperature) and for the different device types. In practice it should be sufficient to carry out these tests only for certain loads and products and then by interpolation or extrapolation to determine the value of the heat flow integral for the cooking processes that have not been run experimentally.
  • the surface temperature T O of the product to be cooked can theoretically be detected directly by a suitable sensor, for example an infrared sensor.
  • a suitable sensor for example an infrared sensor.
  • the surface temperature of the product to be cooked can also be estimated very precisely by evaluating the measured values that are usually available anyway in a cooking appliance.
  • the integrator 36 "switches over" to the browning counter 37 . In other words, from this point in time the browning counter determines how the cooking process is continued, in particular when it ends.
  • the tanning counter is only used for balancing or as a basis for calculating the display of effects (deviation from the ideal climate).
  • the manner in which the integrator 36, on the one hand, in phases in which the temperature of the surface of the product to be cooked is below boiling temperature, and, on the other hand, the browning counter 37 in phases in which the temperature of the surface of the product to be cooked is lower, differ determines the energy input into the product to be cooked.
  • the integrator 36 determines the heat input by adding up a specific heat input ⁇ E Z that is proportional to the temperature difference between the temperature T G of the cooking chamber atmosphere and the temperature T O on the surface of the product to be cooked.
  • the tanning counter 37 determines a dimensionless tanning counter value ⁇ B Z which is proportional to e ⁇ E kT O is.
  • the dimensionless browning value B th is a conversion to a browning scale that works with color charts, namely the BRAUN scale for testing baked goods with 14 brown levels with color numbers according to IEC 60350.
  • the course of the browning of the product to be cooked can be theoretically determined.
  • the value of the tanning counter is obtained by adding up individual values which are calculated at regular time intervals, for example every second.
  • FIG 2 The curve shows the theoretical browning of Kaiser rolls at a cooking temperature of 250 °C using the above formulas.
  • Tanning values analogous to the tanning fan are plotted on the ordinate axis, and the time in seconds is plotted on the abscissa axis.
  • the square boxes show the browning values determined experimentally.
  • browning counter value leads to a specific desired browning with different cooking process parameters.
  • These values can be stored in the controller 22 so that the evaluation circuit 38 ends the cooking process when the browning counter 37 has reached the desired value.
  • a self-learning function can be provided, with which an operator can modify the stored values and can therefore be more precisely adapted to its respective requirements or the cooking behavior of the respective cooking appliance. For example, if an operator regularly extends the cooking process beyond the calculated end, thereby achieving more browning, the cooking appliance may increase the browning counter value so that the cooking appliance automatically browns more.
  • Another approach to determine surface temperature is to use a mathematical model. This allows the actual conditions to be simulated more precisely than is possible with the usual methods, in which, for example, the cooking chamber temperature is used for the surface temperature in Arrhenius' law. This approach ignores the fact that the surface temperature must be slightly lower due to the heat dissipation into the interior of the food.
  • the behavior in the model is only determined by E/T, where E represents an experimentally determined activation energy. Therefore, only the experimentally determined value E becomes false, but the behavior of the model remains unaffected.
  • E represents an experimentally determined activation energy. Therefore, only the experimentally determined value E becomes false, but the behavior of the model remains unaffected.
  • the difference between the surface temperature and the cooking chamber temperature is time-dependent; the surface temperature gradually approaches the cooking chamber temperature. If the cooking times vary greatly, the activation energy should depend on the cooking time. The model cannot currently reproduce this, the activation energy is averaged over the cooking times used in the adjustment.
  • This disadvantage can be eliminated by using a mathematical function that describes how the surface temperature approximates the cavity temperature.
  • Their qualitative behavior is derived from a physical model (e.g. distance proportional to 1/root (cooking time) for a long time).
  • This function roughly describes the time dependence of the surface temperature. What is important here is mainly the long-term behavior; at the beginning, the temperature difference is large, so the reaction speed is small and the exact course is not so important.
  • Fit parameters are free parameters of the model that are fitted to experimental data by minimizing the deviation.
  • the fit parameters reflect certain properties of the food to be cooked and represent parameters that can be interpreted physically.
  • the fit parameter E can be interpreted as the activation energy of a chemical reaction.
  • the fit parameters are different for different product groups, they can be optimized depending on customer input, sensor data or a comparison with a product database. The more information is available about the product and its properties, the better the optimal set of parameters for the product can be determined and the tanning process can be determined and predicted more precisely.
  • results of such temperature models can also be replaced by the directly measured, precise value of the surface temperature if the surface temperature is measured with a suitable sensor.
  • climate parameters on the surface temperature and thus on the browning reaction can also be taken over.
  • the difference between the surface temperature and the cooking chamber temperature is determined by the balance between heat dissipation towards the inside and heat input from the cooking chamber medium and cooling through evaporation.
  • climate parameters that influence the energy input on the surface and the evaporative cooling are in particular the fan speed and the humidity in the cooking chamber.
  • the type of influence can be partly taken from the energy meter, which integrates the energy input over time.
  • the browning on the underside of a product that is to say on the side on which it lies on a baking tray, can have been determined empirically in advance, so that it can be well estimated with a standard configuration.
  • inputs by the operator or data from sensors for example from a gas sensor or a camera, can also be included.
  • a database can be stored in the controller of the cooking device, in which product-relevant browning data are stored. This data can be refined by customer input or based on sensor data. Overall, a self-learning cooking appliance can be obtained in this way.
  • the cooking device can also record information about the progress of the tanning process by means of sensors such as a camera or a gas sensor and compare this with the values that are obtained by means of the tanning counter.
  • the data can currently be used to adjust cooking processes.
  • a currently running cooking process can be adjusted (for example in the form of an adjustment of the temperature in order to be able to complete the cooking process within a certain time, or the cooking time if the desired browning has not yet been achieved after the intended cooking time).
  • the data from a camera that records the browning of the product can be used.
  • napshots are helpful, which are taken, for example, of products that are hidden from the camera by a food support arranged above it in the cooking chamber and are only briefly visible to the camera when the food support arranged above it is changed.
  • the senor can measure the browning currently occurring on the product, and the controller can compare the result of the measurement with the course of browning determined by the browning counter. The difference can be used to adjust the climate so that the final browning corresponds to the target value.
  • the cooking processes as a whole can also be adjusted by comparing the cooking processes with one another in such a way that stored browning data for different products are modified (possibly self-learning), so that the cooking appliance can implement the specifications of an operator better and better over time.
  • the controller can also use the browning counter when using the cooking appliance for a large number of consecutive, different cooking processes to compare these different cooking processes in such a way that the ideal climate is determined for parallel or consecutive cooking processes and a planned cooking process is postponed to a later point in time , for which the cooking parameters (which are then set due to other cooking processes) better match the planned cooking process.
  • tanning counter in combination with data from sensors (for example tanning data determined by means of a camera or data from a gas sensor) to draw conclusions about a product type or a product condition.
  • This information can (possibly in combination with data from a database) be used to adapt the cooking climate to the respective boundary conditions.
  • browning measured by the sensor or the newly calculated browning corresponds to a characteristic curve (e.g. fit parameters are in a certain range)
  • conclusions can be drawn about the product or the product properties (e.g. marinated).
  • the tan counter can also be used as an accounting basis to show an operator the effects of changing climate or time settings, or the effects of intervening on a mixed load.
  • browning counter forms the basis for communicating to the operator whether the new value can be reached or not, possibly also with a display of which browning can still be achieved in the current cooking process (e.g. browning level 4 instead of the desired 5).
  • the browning counter is used as a control variable for synchronously achieving the outer and inner degree of doneness.
  • a core temperature sensor or a model for internal heating is used. With larger pieces of food, the internal heating reacts much more slowly to the cooking climate than the browning. This can be used to adjust the browning speed to the expected remaining time, especially towards the end of a cooking process.
  • the target value for the inner strength can be, for example, reaching a certain temperature, a C value, a softening, a color on the inside or an increase in volume.
  • the browning counter is used on the one hand as a variable for calculating the remaining time required for a specific climate and on the other hand for calculating the necessary climate adjustment to achieve the desired degree of outer doneness on the to reach the specified time.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Garverfahrens in einem Gargerät sowie ein Gargerät.
  • Bei vielen Garprozessen muss die Garzeit (oder die Gartemperatur) an die Beladung des Gerätes angepasst werden. Zu diesem Zweck ist im Stand der Technik bereits angedacht, durch Gewichtssensoren, optische Bilderkennung, etc. die Beladung des Garraums zu erfassen und in Abhängigkeit von der Beladung verschiedene Parameter zu verändern. Auf diese Weise soll bei einem jeweils ausgewählten Garprozess gewährleistet werden, dass unabhängig von der Beladung das zu garende Produkt am Ende des Garprozesses jeweils dieselbe Konsistenz hat. Ein Beispiel für ein solches Verfahren findet sich in der EP 2 098 788 A2 .
  • Aber nicht nur an die Beladung des Gargeräts muss die Gartemperatur angepasst werden. Auch bei Mischbeschickung ergibt sich u.U. die Notwendigkeit, die Temperatur anzupassen.
  • Es ist auch bekannt, dass durch die Auswertung der Temperatur der Garraumatmosphäre, nachdem die Tür des Gargeräts geschlossen wurde, Informationen über die Beladung des Garraums erhalten werden können. Beispielsweise fällt die Temperatur der Garraumatmosphäre, nachdem der Garraum vollständig mit einem tiefgekühlten Produkt beladen wurde, sehr viel stärker ab, als dies der Fall ist, wenn lediglich sehr wenige Produkte in den Garraum eingebracht wurden. Auch lässt sich in einem solchen Zustand mit geringer neuer Beladung die Garraumatmosphäre sehr viel schneller wieder auf die Solltemperatur aufheizen, als dies bei maximaler Beladung der Fall ist.
  • In Abhängigkeit vom erfassten Temperaturverlauf kann dann die Garzeit oder auch die Gartemperatur entsprechend angepasst werden, um entweder die gewünschte Bräunung zu erreichen oder dem Bediener anzuzeigen, dass aufgrund der geänderten Parameter der gewünschte Bräunungsgrad nicht mehr erreicht werden kann, sondern nur ein geringerer Bräunungsgrad. Auch eine Abweichung von der idealen Temperatur durch einen Eingriff des Bedieners in Garprozessparameter oder durch eine Neuberechnung und Änderung der Garprozessparameter bei einer Mischbeschickung haben Auswirkungen auf die Bräunung.
  • In jedem Fall muss die jeweils vorzunehmende Änderung vorab durch Versuche bestimmt werden. Die Änderung der Garparameter ist sowohl produktals auch prozessabhängig. Hinzu kommt eine Abhängigkeit vom jeweiligen Gerätetyp. Es wären daher aufwendige Versuchsreihen nötig, um für alle Kombinationen von zu garenden Produkten, Garprozessen und unterschiedlichen Gerätetypen die jeweils geeigneten Änderungen der Prozessparameter zu bestimmen. Hinzu kommt, dass die Beladungserkennung auf der Basis des Temperaturverlaufs nur dann zuverlässig möglich ist, wenn eine Änderung der Beladung immer in derselben Weise erfolgt. Wenn allerdings unterschiedlich vorgeheizt wird, die Tür zum Beladen nur sehr kurz oder aber besonders lang geöffnet bleibt oder auch die Tür während eines Garprozesses geöffnet wird, um die Beladung dabei zu ändern, lässt sich der Beladungszustand nicht mehr zuverlässig erkennen, sodass der Garprozess nicht immer zum perfekten Ergebnis führt. Über die Garraumtemperatur hinaus hat auch eine (produktbedingte, beladungsbedingte und/oder kundenbedingte) Änderung der Feuchte einen Einfluss auf die Bräunung.
  • In der DE 42 31 365 A1 sind ein Backofen und ein zugehöriges Verfahren zur Steuerung eines Backprozesses beschrieben. Für die Bestimmung des Backfortschritts werden nur solche Temperaturmessungen berücksichtigt, in denen die Temperatur innerhalb des Backraums in einem vorbestimmten Bereich liegt. Der Backprozess wird dann als abgeschlossen angesehen, wenn eine bestimmte Summe von regelmäßig gemessenen Temperaturen, die alle innerhalb dieses Temperaturbereiches liegen müssen, einen Summensollwert erreicht.
  • Aus der DE 10 2010 055 983 A1 sind ein Verfahren und ein Gargerät bekannt, bei dem ein spezifischer Wärmeeintrag in ein zu garendes Produkt bestimmt wird, dieser spezifische Wärmeeintrag über der Garzeit integriert wird und der Garprozess beendet wird, wenn dieses Wärmeflussintegral einen vorbestimmten Wert erreicht. Es wird also als maßgeblicher Parameter für die Steuerung des Garprozesses der spezifische Wärmeeintrag in das zu garende Produkt bestimmt, also der Wärmefluss pro Gargutoberfläche. Der spezifische Wärmeeintrag ist einer der maßgeblichen Parameter, mit dem alle Abweichungen des tatsächlichen Garprozesses vom vorher festgelegten theoretischen Garprozess quasi automatisch erfasst werden. Wenn beispielsweise die Tür des Gargeräts zum Beladen übermäßig lange geöffnet ist und dadurch die Temperatur der Garraumatmosphäre absinkt, führt dies zu einer Verringerung des spezifischen Wärmeeintrags in das zu garende Produkt. Dasselbe gilt für ein starkes Absinken der Temperatur im Garraum, nachdem dieser beispielsweise maximal mit tiefgekühlten Produkten beladen wurde: der spezifische Wärmeeintrag in das Produkt wird verringert. Auch Kondensationsvorgänge auf dem zu garenden Produkt, unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten der Garraumatmosphäre im Garraum oder unterschiedliche Feuchtigkeit im Garraum beeinflussen den spezifischen Wärmeeintrag in das Produkt.
  • Die Steuerung eines Garprozesses allein auf der Basis des spezifischen Wärmeeintrags in das zu garende Produkt hat allerdings einen Nachteil: das Wärmeflussintegral, also der Gesamt-Wärmeeintrag in das zu garende Produkt, erlaubt keine Aussage über das Garen der Oberfläche des Produkts, insbesondere über den Bräunungsgrad. Wird beispielsweise das Produkt mit einer relativ geringen Temperatur über einen langen Zeitraum gegart, ist zwar der Gesamt-Wärmeeintrag in das Produkt so hoch wie angestrebt; die Oberfläche beispielsweise einer Semmel ist dennoch nicht gebräunt, wie es eigentlich gewünscht ist.
  • Der beschriebene Energiezähler beruht auf der Annahme, dass die Bräunung sehr rasch eintritt, sobald die Temperatur der Oberfläche über 100°C steigt. Dazu ist es notwendig, das Wasser in einer oberflächennahen Schicht zu verdampfen, wozu ein bestimmter Energiebetrag pro Oberfläche notwendig ist. Der Energiezähler zählt die pro Oberfläche übertragene Energie, und die gewünschte Bräunung ist in diesem Modell erreicht, sobald der Energiezähler einen vorgegebenen, experimentell bestimmten Wert erreicht hat. Der Rate der Energieübertragung und damit die Anstiegsgeschwindigkeit des Energiezählers hängen linear von der Differenz zwischen Garraumtemperatur und Oberfläche ab. Die Oberflächentemperatur ist in diesem Fall unterhalb aber nahe bei der Siedetemperatur, wobei die Differenz zur Siedetemperatur von der Feuchte abhängt.
  • Es hat sich herausgestellt, dass mit diesem Modell eines Energiezählers gute Ergebnisse für viele Produkte erzielt werden, z.B. für Fleisch. Für einige Produkte, z.B. Brötchen, zeigt sich aber besonders bei starker Variation der Garraumtemperatur eine sehr viel stärkere Variation der Bräunung bzw. Variation der nötigen Garzeit für eine bestimmte Bräunung.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Garen von Lebensmitteln zu schaffen, bei dem zuverlässig eine gewünschte Bräunung erreicht oder eine gewünschte Bräunung bei vorgegebenen Garraumklima- und Zeitvorgaben vorhergesagt werden kann, insbesondere für Produkte wie Semmeln.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist ferner ein Gargerät gemäß Anspruch 11 vorgesehen. Der Begriff "Größenordnung der Siedetemperatur von Wasser" steht hier für eine Temperatur im Bereich von 80°C bis 120°C, insbesondere für eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 120°C.
  • Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die Garprozesse in zwei Abschnitte zu unterteilen, nämlich einen ersten Abschnitt, in dem das zu garende Produkt so weit erwärmt wird, dass seine Oberfläche eine Temperatur im Bereich der Siedetemperatur von Wasser hat, und einen zweiten Abschnitt, in dem die Temperatur der Oberfläche oberhalb der Siedetemperatur liegt. Für die Bräunung ist im Wesentlichen der Energieeintrag oberhalb der Siedetemperatur relevant, da nur ab einer bestimmten Oberflächentemperatur die sogenannten Maillard-Reaktion abläuft, die zu einer Bräunung der Oberfläche des zu garenden Produkts führt. Daher wird, wenn die Bräunung ein wesentlicher Parameter für ein bestimmtes Produkt ist, der Energieeintrag unterhalb der Oberflächentemperatur, bei der es nicht zu einer Maillard-Reaktion kommt, vollständig oder wenigstens in einem erheblichen Maße "ausgeblendet". Dessen ungeachtet kann diese Phase des Garprozesses, bei der die Oberflächentemperatur unterhalb der Siedetemperatur von Wasser liegt, im Garprozess berücksichtigt werden, da diese Phase bräunungsvorbereitend ist. Es hat sich herausgestellt, dass so die sich ergebende Bräunung des zu garenden Produkts gut abgeschätzt werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird wie oben bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Energiezähler angenommen, dass ein bestimmter Energieeintrag nötig ist, um die Oberfläche auf eine Temperatur oberhalb der Siedetemperatur zu bringen. Dies wird wie oben durch den Energiezähler beschrieben. Danach wird angenommen, dass sich die Oberfläche auf Garraumtemperatur befindet und die Bräunung nur langsam eintritt, wobei die Geschwindigkeit der Bräunung dann von der Garraumtemperatur abhängt. Der Bräunungsfortschritt soll dann vom Bräunungszähler gezählt werden, der erst mit dem Zählen beginnt, wenn der vorgeschaltete Energiezähler den vorgegebenen Wert erreicht hat. Da es sich bei der Bräunung um eine chemische Reaktion handelt, wird für die Zählgeschwindigkeit des Bräunungszählers eine typische Temperaturabhängigkeit von chemischen Reaktionen, das Arrhenius-Gesetz angenommen. Auf diese Weise kann das Bräunungsverhalten sehr präzise angenähert werden.
  • Der Begriff "Garprozess" steht dabei im Rahmen der Erfindung für eine Phase bei der Zubereitung eines Lebensmittels, die vom Einbringen in das Gargerät bis zum Entnehmen aus dem Gargerät gehen kann oder alternativ an die sich ein anderer Garprozess anschließt und/oder der ein anderer Garprozess vorhergeht. Beispielsweise kann eine Zubereitungsphase eines Bratens in einem Gargerät einen Bräunungs-Garprozess enthalten, der abgeschlossen ist, wenn eine gewünschte Bräunung erhalten ist (also der Braten angebraten ist), und an den sich dann ein Garen bis zum Erreichen einer vorbestimmten Kerntemperatur anschließt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zeitpunkt, zu dem die Oberfläche des Produkts eine Temperatur in der Größenordnung der Siedetemperatur von Wasser überschreitet, dadurch bestimmt wird, dass die Oberflächentemperatur gemessen wird. Dies kann durch Temperatursensoren erfolgen, die unmittelbar die Oberflächentemperatur aufnehmen, beispielsweise Infrarotsensoren. Diese müssen nicht alle zu garenden Produkte im Garraum erfassen, sondern eines oder wenige Produkte an repräsentativen Stellen im Garraum.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Zeitpunkt, zu dem die Oberfläche des Produkts eine Temperatur in der Größenordnung der Siedetemperatur von Wasser überschreitet, dadurch abgeschätzt wird, dass ein spezifischer Wärmeeintrag in das Produkt bestimmt wird, dieser spezifische Wärmeeintrag über die Garzeit integriert und der Zeitpunkt dann als erreicht angenommen wird, wenn dieses Wärmeflussintegral einen vorbestimmten Siedewert erreicht hat. Bei dieser Ausführungsform wird die Oberflächentemperatur abgeschätzt anhand der Energiemenge, die während des Garvorgangs in das zu garende Produkt eingebracht wurde.
  • Beim Abschätzen der Oberflächentemperatur kann der spezifische Wärmeeintrag bestimmt werden aus dem Produkt aus einem angenommenen Wärmeübergangskoeffizienten für den aktuellen Garprozess und einer treibenden Temperaturdifferenz. Mit diesen beiden Parametern sind die wesentlichsten Einflussfaktoren für den Energieeintrag in ein zu garendes Produkt berücksichtigt. Die treibende Temperaturdifferenz kann insbesondere die Differenz zwischen einer Garmediumstemperatur und einer Oberflächentemperatur des zu garenden Produkts sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Bräunungswert, bei dem der Garprozess beendet wird, vorab experimentell für verschiedene zu garende Produkte ermittelt wurde (und gegebenenfalls abhängig von Zielwerteingaben des Benutzers modifiziert wird). Ein Benutzer kann somit sofort auf erprobte Garprozesse zurückgreifen. Zusätzlich kann eine Selbstlern-Funktion vorgesehen sein, mit der ein Benutzer die vorab ermittelten Werte nach seinen Wünschen modifizieren kann.
  • Der Bräunungszähler kann bei einer Mischbeschickung des Gargeräts auch als Bilanzierungsgrundlage für die Auswahl passender Bons verwendet werden.
  • Weiterhin können der Bräunungszähler und die vorgenommene Berechnung als Grundlage für die Vorhersage einer Zielwertabweichung bei einer gewollten oder ungewollten Klimaabweichung verwendet werden. Hierzu kann beispielsweise eine Bräunungsdatenbank vorhanden sein, entweder im Gargerät selbst oder verfügbar mittels eines Datenzugriffs beispielsweise über das Internet.
  • Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass die Daten der Bräunungsdatenbank in Abhängigkeit vom Ergebnis des Abgleichs modifiziert werden. Auf dieses Weise lässt sich eine Lernfunktion implementieren.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Sensor vorhanden, der bräunungsrelevante Daten erfassen kann. Mit den Daten dieses Sensors können die Daten des Bräunungszählers abgeglichen werden, um bei Bedarf den Garprozess modifizieren zu können.
  • Beim Sensor kann es sich um eine Kamera handeln, mit der die Bräunung direkt aus der Farbe der Oberfläche des Produkts ermittelt werden kann.
  • Beim Sensor kann es sich auch um einen Gassensor handeln, mit dem auf der Basis von Gasen, beispielsweise Kohlendioxid, die beim Garen entstehen, auf den Fortschritt des Garprozesses geschlossen werden kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
    • Figur 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Gargerät; und
    • Figur 2 den Verlauf von experimenteller und theoretischer Bräunung eines bestimmten zu garenden Produkts.
  • In Figur 1 ist schematisch ein Gargerät 10 gezeigt, das für den Profi-Einsatz in der Großgastronomie, in Restaurants, Kantinen, etc. vorgesehen ist. Es enthält einen Garraum 12, der von außen durch Öffnen einer Tür 14 zugänglich ist. Im Garraum kann hier schematisch angedeutet das Garraumzubehör 16 angeordnet sein, beispielsweise Backbleche, Grillplatten, Backformen oder Roste, auf denen sich zu garende Produkte befinden.
  • Zur Erzeugung einer gewünschten Garraumatmosphäre sind eine Heizvorrichtung 18 und ein Lüfterrad 20 vorgesehen, mit denen die im Garraum 12 vorhandene Atmosphäre (auch als Garmedium bezeichnet) erwärmt und umgewälzt werden kann. In die Heizvorrichtung 18 kann dabei auch ein Dampfmodul integriert sein, um die Feuchte des Garmediums auf einen vorgegebenen Wert zu bringen.
  • Weitere Bauteile wie eine Entlüftung des Garraums 12 zur Außenatmosphäre, ein Ablöschkasten, etc. sind zur besseren Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt.
  • Das Gargerät 10 enthält auch eine Steuerung 22, die unter anderem Signale von einem Temperatursensor 24 empfängt, der hier unmittelbar stromabwärts der Heizvorrichtung 18 angeordnet ist, sowie einem Feuchtesensor 26, der hier im Inneren des Garraums 12 angeordnet ist. Von der Steuerung 22 werden unter anderem die Heizvorrichtung 18 und ein Antriebsmotor 28 des Lüfterrades 20 angesteuert.
  • Weiterhin ist eine Bedieneinheit 30 vorgesehen, die ein Eingabefenster 32 und ein Ausgabefenster 34 enthält. Mit dem Eingabefenster kann insbesondere ein bestimmter Garprozess vorgewählt werden, beispielsweise das zu garende Produkt und die gewünschte Bräunungsstufe, und mit dem Ausgabefenster kann dem Anwender beispielsweise die Restlaufzeit des aktuellen Garprozesses angezeigt werden oder der Hinweis gegeben werden, in welcher der verschiedenen Einschubebenen im Garraum sich die Produkte befinden, deren Garprozess aktuell abgeschlossen ist. Das Eingabefenster und das Ausgabefenster können auch zu einer Multifunktionseinheit zusammengefasst sein. Zusätzlich kann die Bedieneinheit 30 so ausgestaltet sein, dass sie akustische Signale abgibt, beispielsweise einen Hinweiston als Eingabebestätigung oder einen Signalton bei Erreichen des Endes eines Garprozesses.
  • Die Steuerung 22 enthält unter anderem einen Integrierer 36, mit dem der spezifische Wärmeeintrag in ein im Garraum 12 zu garendes Produkt über der Zeit bestimmt werden kann, einen Bräunungszähler 37, mit dem ein Bräunungszählerwert in ein im Garraum 12 garendes Produkt über der Zeit bestimmt werden kann, sowie eine Auswerteschaltung 38, die in Abhängigkeit von den aufintegrierten Werten, die der Integrierer 36 liefert, verschiedene Parameter des Garprozesses steuern kann.
  • Der Integrierer 36 integriert während eines Garprozesses den spezifischen Wärmeeintrag in das zu garende Produkt über der Garzeit. "Spezifischer Wärmeeintrag" ist dabei die je Flächeneinheit der Oberfläche des zu garenden Produkts aufgenommene Energiemenge pro Zeiteinheit.
  • Hierbei berücksichtigt der Integrierer einen Wärmeübergangskoeffizienten a, der für verschiedene, vordefinierte Garprozesse (also für jedes Produkt und die unterschiedlichen Garzustände der Produkte) hinterlegt ist. Der angenommene Wärmeübergangskoeffizient α wird zusätzlich in Abhängigkeit von anderen Parametern modifiziert, insbesondere abhängig von der Drehzahl des Lüfterrades 20 und vom Gerätetyp. Hinsichtlich der Abhängigkeit des Wärmeübergangskoeffizienten α von der Drehzahl des Lüfterrades 20 kann davon ausgegangen werden, dass die Luftgeschwindigkeit proportional zur Lüfterdrehzahl ist. Ausgehend hiervon kann mit Näherungsformeln der jeweils anzusetzende Wärmeübergangskoeffizient abgeschätzt werden.
  • Weiterhin berücksichtigt der Integrierer eine treibende Temperaturdifferenz, die allgemein angenommen werden kann als die Differenz zwischen einer Temperatur TM des Garmediums und einer Temperatur TO an der Oberfläche des zu garenden Produkts. Die Temperatur des Garmediums kann relativ zuverlässig erfasst werden. In erster Näherung kann hierfür der vom Temperatursensor 24 erfasste Wert angesetzt werden. Präzisere Werte ergeben sich, wenn zusätzlich die Abkühlung des Garmediums im Garraum 12 berücksichtigt wird, die auf der Basis der Leistung bestimmt werden kann, die von der Heizvorrichtung 18 bereitgestellt werden muss, um die Temperatur im Garraum konstant zu halten. Besonders bevorzugt wird, wenn als Temperatur der Garatmosphäre der Mittelwert zwischen der Temperatur "vor" dem Garraum und "hinter" dem Garraum angesetzt wird, so dass ein Mittelwert für die Garmediumstemperatur erhalten wird.
  • Ergänzend kann das Signal des Feuchtesensors 26 berücksichtigt werden, da die Feuchte der Garraumatmosphäre Auswirkungen auf die Oberflächentemperatur TO des zu garenden Produkts hat.
  • In der Auswerteschaltung 38 ist für jeden Garprozess, den das Gargerät 10 fahren kann, ein Wert für den aufintegrierten spezifischen Wärmeeintrag über der Garzeit (nachfolgend bezeichnet als "Wärmeflussintegral") hinterlegt, der mit dem Erreichen der Siedetemperatur an der Oberfläche des zu garenden Produktes gleichgesetzt wird. Dieser Wert kann für jedes zu garende Produkt mit unterschiedlichen Beladungen des Garraums 12, für die unterschiedlichen Eigenschaften des fertigen Produkts (beispielsweise Bräunung an der Oberfläche oder Kerntemperatur) und für die unterschiedlichen Gerätetypen experimentell ermittelt werden. In der Praxis dürfte es ausreichend sein, diese Versuche nur für bestimmte Beladungen und Produkte durchzuführen und dann durch Interpolation oder Extrapolation den Wert des Wärmeflussintegrals für die Garprozesse festzulegen, die nicht experimentell abgefahren wurden.
  • Die Oberflächentemperatur TO des zu garenden Produkts und damit das Erreichen der Siedetemperatur kann theoretisch durch einen geeigneten Sensor, beispielsweise einen Infrarotsensor, unmittelbar erfasst werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sich auch durch Auswertung der in einem Gargerät meist ohnehin verfügbaren Messwerte die Oberflächentemperatur des zu garenden Produkts sehr präzise abschätzen lässt. Sobald die Oberflächentemperatur TO des zu garenden Produkts in der Größenordnung der Siedetemperatur liegt, wird vom Integrierer 36 auf den Bräunungszähler 37 "umgeschaltet". Anders ausgedrückt bestimmt ab diesem Zeitpunkt der Bräunungszähler, wie der Garprozess weitergeführt wird, insbesondere wann er beendet wird.
  • In einer vereinfachten Ausführungsform wird der Bräunungszähler lediglich zum Bilanzieren bzw. als Berechnungsgrundlage für die Anzeige von Auswirkungen (Abweichung vom Idealklima) verwendet.
  • Allgemein ausgedrückt unterscheiden sich die Art und Weise, wie einerseits der Integrierer 36 in Phasen, in denen die Temperatur der Oberfläche des zu garenden Produkts unterhalb der Siedetemperatur liegt, und andererseits der Bräunungszähler 37 in Phasen, in denen die Temperatur der Oberfläche des zu garenden Produkts oberhalb der Siedetemperatur liegt, den Energieeintrag in das zu garende Produkt bestimmt. Der Integrierer 36 bestimmt den Wärmeeintrag, indem ein spezifischer Wärmeeintrag ΔEZ aufsummiert wird, der proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur TG der Garraumatmosphäre und der Temperatur TO an der Oberfläche des zu garenden Produkts ist. Der Bräunungszähler 37 bestimmt einen dimensionslosen Bräunungszählerwert ΔBZ, der proportional zu e − E kT O
    Figure imgb0001
     ist.
  • Anhand eines beispielhaften zu garenden Produktes, hier Kaiserbrötchen, wird nachfolgend ein konkretes Beispiel dafür gegeben, wie der dimensionslose Bräunungszählerwert berechnet werden kann.
  • Ausgangspunkt ist die sogenannte Arrhenius-Formel, welche die Maillard-Reaktion abbildet: k = A ⋅ e − E R ⋅ T
    Figure imgb0002
  • Hierin sind:
    • k: dimensionslose, produktgruppenabhängige Geschwindigkeitskonstante, die im Idealfall klimaunabhängig konstant ist
    • A: in dimensionsloser, präexponentieller Faktor
    • E: die Aktivierungsenergie in J * mol-1
    • R: die Gaskonstante mit 8,314 J/(mol* K)
    • T: die Garraumtemperatur in K
  • Umgeformt ergibt sich hieraus: ΔB Z = e − E 0 T ∗ BZ 00 − BZ n − 1
    Figure imgb0003
     B th = A S ∗ BZ + B 0
    Figure imgb0004
  • Hierbei sind:
    • AS: dimensionsloser, produktabhängiger Skalierungsfaktor; hier 3,49
    • B0: dimensionsloser, produktabhängiger theoretischer Bräunungswert am Anfang; hier 4,77
    • BZ∞: dimensionsloser, produktabhängiger unendlicher Bräunungszählerwert; hier 3,49
    • Bth: dimensionsloser Bräunungswert
    • ΔBZ: dimensionsloser Bräunungszählerwert
  • Beim dimensionslosen Bräunungswert Bth handelt es sich um eine Umrechnung auf eine Bräunungsskala, die mit Farbtafeln arbeitet, nämlich die BRAUN-Skala zur Prüfung von Gebäck mit 14 Braunstufen mit Farbnummern nach IEC 60350.
  • Anhand dieser Formeln kann der Verlauf der Bräunung des zu garenden Produkts theoretisch ermittelt werden. Im vorliegenden Fall wird der Wert des Bräunungszählers durch Aufsummieren von Einzelwerten erhalten, die in gleichmäßigen Zeitabständen berechnet werden, beispielsweise jede Sekunde.
  • Die hier vorgenommene Berechnung ist eine Näherung, da in der Arrhenius-Formel mit der Temperatur des Ortes gearbeitet wird, an dem Reaktion stattfindet, während in der obigen Berechnungsformel mit der Temperatur des Garmediums gearbeitet wird, also der Garraumtemperatur.
  • In Figur 2 zeigt die Kurve die mittels der obigen Formeln theoretisch ermittelte Bräunung für Kaiserbrötchen bei einer Garraumtemperatur von 250 °C. Auf der Ordinatenachse sind Bräunungswerte analog dem Bräunungsfächer aufgetragen, und auf der Abszissenachse ist die Zeit in Sekunden aufgetragen. Die quadratischen Kästchen zeigen die Bräunungswerte, die experimentell ermittelt wurden.
  • Es kann vorab empirisch ermittelt werden, welcher Bräunungszählerwert zu einer bestimmten gewünschten Bräunung bei verschiedenen Garprozessparametern führt. Diese Werte können in der Steuerung 22 hinterlegt werden, sodass die Auswerteschaltung 38, wenn der Bräunungszähler 37 den gewünschten Wert erreicht hat, den Garprozess beendet.
  • Abhängig vom Garprozess, insbesondere vom Temperaturverlauf in Phasen, in denen die Oberfläche des zu garenden Produkts noch nicht die Siedetemperatur erreicht hat, kann es sinnvoll sein, eine Rückkopplung aus der Phase des Wärmeeintrags, während der die Oberflächentemperatur des zu garenden Produkts unterhalb der Siedetemperatur von Wasser liegt, auf den Wert des Bräunungszählers zu implementieren, zu dem der Garprozess als beendet angesehen wird. Dies liegt daran, dass es Klimazustände im Garraum gibt, die bräunungsvorbereitend oder auch bräunungshemmend wirken, ohne dass es zu einer direkten Bräunung des Produkts kommt. Bräunungshemmende oder bräunungsvorbereitende Garprozessphasen werden von der Steuerung dahingehend berücksichtigt, dass der Wert des Bräunungszählers, bei dem der Garprozess beendet wird, entsprechend nach oben oder unten verschoben wird.
  • Auch muss berücksichtigt werden, dass manche Produkte in ihrem unbehandelten Ausgangszustand bereits eine bestimmte Bräunung haben, d.h. die durch den Bräunungszähler bilanzierte Bräunung kann nur die durch das Garen verursachte Bräunung abdecken. Bräunung, die das Produkt vorher schon gehabt hat, beeinflusst auch den Braunwert am Ende. Dies geht in B0 ein.
  • Ergänzend zu den empirisch hinterlegten Werten kann eine Selbstlernfunktion vorgesehen sein, anhand derer ein Bediener die hinterlegten Werte modifizieren und dadurch präziser an seine jeweiligen Anforderungen oder das Garverhalten des jeweiligen Gargeräts anpassen kann. Beispielsweise kann das Gargerät, wenn ein Bediener regelmäßig den Garprozess über das berechnete Ende hinaus verlängert und dadurch eine stärkere Bräunung erzielt, den Bräunungszählerwert vergrößern, sodass das Gargerät automatisch für eine stärkere Bräunung sorgt.
  • Ein weiterer Ansatz, um die die Oberflächentemperatur zu ermitteln, besteht darin, ein mathematisches Modell zu verwenden. Hierdurch können die tatsächlichen Verhältnisse genauer simuliert werden, als dies mit den üblichen Methoden möglich ist, bei denen beispielsweise für die Oberflächentemperatur im Arrhenius-Gesetz die Garraumtemperatur eingesetzt wird. Bei diesem Ansatz wird ignoriert, dass die Oberflächentemperatur aufgrund des Wärmeabflusses ins Innere des Garguts etwas darunter liegen muss.
  • Zwar wird das Verhalten im Modell nur durch E/T, bestimmt, wobei E eine experimentell bestimmte Aktivierungsenergie darstellt. Daher wird nur der experimentell bestimmte Wert E falsch, das Verhalten des Models bleibt aber unbeeinflusst. Allerdings ist der Abstand zwischen Oberflächentemperatur und Garraumtemperatur zeitabhängig; die Oberflächentemperatur nähert sich allmählich der Garraumtemperatur an. Wenn die Garzeiten stark variieren, müsste die Aktivierungsenergie abhängig von der Garzeit sein. Das Modell kann das gegenwärtig nicht wiedergeben, die Aktivierungsenergie wird über die bei der Anpassung verwendeten Garzeiten gemittelt.
  • Dieser Nachteil kann beseitigt werden, wenn eine mathematische Funktion verwendet wird, die beschreibt, wie sich die Oberflächentemperatur an die Garraumtemperatur annähert. Deren qualitatives Verhalten wird aus einem physikalischen Model abgeleitet (z.B. Abstand proportional 1/Wurzel(Garzeit) für große Zeit). Diese Funktion beschreibt grob die Zeitabhängigkeit der Oberflächentemperatur. Wichtig ist dabei hauptsächlich das langfristige Verhalten; am Anfang ist die Temperaturdifferenz groß, so dass die Reaktionsgeschwindigkeit klein und der genaue Verlauf nicht so wichtig ist.
  • Wenn eine solche mathematische Funktion verwendet wird, können diese Effekte beschrieben werden, ohne weitere Fitparameter einführen zu müssen. Weitere Fitparameter erfordern zusätzliche Daten zur Anpassung oder verringern die Vorhersagekraft des Models.
  • Fitparameter sind dabei freie Parameter des Models, die durch Minimierung der Abweichung an experimentelle Daten angepasst werden. Die Fitparameter spiegeln in diesem Modell bestimmte Eigenschaften der zu garenden Lebensmittel wider und stellen physikalisch interpretierbare Parameter dar. Beispielsweise kann der Fitparameter E als Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion interpretiert werden.
  • Da die Fitparameter für unterschiedliche Produktgruppen verschieden sind, können sie in Abhängigkeit von Kundeneingaben, Sensordaten oder einem Abgleich mit einer Produkt-Datenbank optimiert werden. Je mehr Informationen über das Produkt und seine Eigenschaften vorhanden sind, desto besser kann der für das Produkt optimale Parametersatz ermittelt und der Bräunungsverlauf genauer bestimmt und vorhergesagt werden.
  • Grundsätzlich können die Ergebnisse solcher Temperaturmodelle auch durch den direkt gemessenen, genauen Wert der Oberflächentemperatur ersetzt werden, wenn die Oberflächentemperatur mit einem geeigneten Sensor gemessen wird.
  • Bei der Steuerung des Garverfahrens können auch die allgemeinen Einflüsse von Klimaparametern auf die Oberflächentemperatur und damit auf die Bräunungsreaktion übernommen werden. Allgemein wird der Abstand zwischen Oberflächentemperatur und Garraumtemperatur durch die Bilanz zwischen Wärmeabfluss nach Innen und Wärmezufuhr aus dem Garraummedium und Kühlung durch Verdunstung bestimmt. Somit sind die Oberflächentemperatur und der Verlauf ihres Anstiegs von Klimaparametern abhängig, die den Energieeintrag auf die Oberfläche und die Verdunstungskühlung beeinflussen. Diese Klimaparameter sind insbesondere die Lüfterdrehzahl und die Feuchte im Garraum. Die Art des Einflusses kann teilweise aus dem Energiezähler übernommen werden, der den Energieeintrag über der Zeit aufintegriert.
  • Die Bräunung auf der Unterseite eines Produkts, also auf der Seite, mit der es auf einem Gargutträger aufliegt, kann empirisch vorab ermittelt worden sein, so dass sie bei einer Standardbelegung gut abgeschätzt werden kann. Bei abweichenden Belegungen können Eingaben des Bedieners oder Daten von Sensoren, beispielsweise von einem Gassensor oder eine Kamera, mit einbezogen werden.
  • Es ist auch möglich, die Unterseite wie ein eigenständiges Produkt mit eigenen Fitparametern zu behandeln. Wegen der Wärmeleitung im Blech liegt die Oberflächentemperatur näher an der Garraumtemperatur. Daher hängt das Bräunungsergebnis auch von der Art des Bleches und der Dichte der Belegung ab. Die unterschiedliche Oberflächentemperatur geht nur in den Parameter E direkt ein. Es ist daher bei Produkten, die oben und unten gleichartige Oberflächen besitzen, denkbar, nur den Parameter E für die Unterseite getrennt zu behandeln, die anderen Parameter aber für Ober- und Unterseite gleich zu setzen.
  • Für den Bräunungszähler ist es grundsätzlich nicht wichtig, von welcher Wärmequelle die den zu garenden Produkten zugeführte Energie stammt und in welcher Betriebsart das Gargerät betrieben wird (ausgenommen Mikrowellenenergie).
  • In der Steuerung des Gargeräts kann eine Datenbank hinterlegt sein, in der produktrelevante Bräunungsdaten hinterlegt werden. Diese Daten können durch Kundeneingaben oder auf der Basis von Sensordaten verfeinert werden. Insgesamt kann auf diese Weise ein selbstlernendes Gargerät erhalten werden.
  • Das Gargerät kann auch mittels Sensoren wie einer Kamera oder einen Gassensor Informationen über den Fortschritt des Bräunungsvorgangs aufnehmen und diese mit den Werten vergleichen, die mittels des Bräunungszählers erhalten werden. Die Daten können aktuell zur Anpassung von Garprozessen verwendet werden.
  • Beispielsweise kann ein aktuell laufender Garprozess angepasst werden (beispielsweise in der Form einer Anpassung der Temperatur, um den Garprozess innerhalb einer bestimmten Zeit abschließen zu können, oder der Gardauer, wenn nach der vorgesehenen Garzeit die gewünschte Bräunung noch nicht erreicht ist). Hierzu können die Daten von einer Kamera verwendet werden, die die Bräunung des Produktes erfasst. Dabei sind selbst "Momentaufnahmen" hilfreich, die beispielsweise von Produkten gemacht werden, die für die Kamera an sich durch einen darüber im Garraum angeordneten Gargutträger verdeckt sind und nur bei einem Wechsel des darüber angeordneten Gargutträgers kurzzeitig für die Kamera sichtbar sind.
  • Allgemein ausgedrückt kann der Sensor die aktuell am Produkt entstehende Bräunung messen, und die Steuerung kann das Ergebnis der Messung mit dem durch den Bräunungszähler ermittelten Bräunungsverlauf vergleichen. Die Differenz kann zur Anpassung des Klimas verwendet werden, sodass die Endbräunung dem Sollwert entspricht.
  • Es können aber auch die Garprozesse insgesamt angepasst werden, indem die Garprozesse dahingehend miteinander abgeglichen werden, dass hinterlegte Bräunungsdaten für verschiedene Produkte (u.U. selbstlernend) modifiziert werden, so dass das Gargerät die Vorgaben eines Bedieners mit der Zeit immer besser umsetzen kann.
  • Die Steuerung kann den Bräunungszähler auch bei einer Nutzung des Gargeräts für eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden, unterschiedlichen Garvorgängen dazu verwenden, diese unterschiedlichen Garvorgänge dahingehend abzugleichen, dass bei parallel verlaufenden oder bei aufeinanderfolgenden Garprozessen das ideale Klima ermittelt und ein geplanter Garprozess auf einen späteren Zeitpunkt verschoben wird, zu dem die (aufgrund von anderen Garvorgängen dann eingestellten) Garparameter besser zu dem geplanten Garprozess passen.
  • Es ist auch möglich, den Bräunungszähler in Kombination mit Daten von Sensoren (beispielsweise mittels einer Kamera ermittelte Bräunungsdaten oder Daten von einem Gassensor) dazu zu verwenden, auf eine Produktart oder einen Produktzustand zurückzuschließen. Diese Informationen können (u.U. in Kombination mit Daten aus einer Datenbank) dazu verwendet werden, das Garklima an die jeweiligen Randbedingungen anzupassen.
  • Beispielsweise kann, wenn die durch den Sensor gemessene Bräunung bzw. neu berechnete Bräunung einem charakteristischen Verlauf entspricht (z.B. Fitparameter liegen in einem bestimmten Bereich), dadurch auf das Produkt oder die Produkteigenschaften (z.B. mariniert) rückgeschlossen werden.
  • Der Bräunungszähler kann auch als Bilanzierungsgrundlage verwendet werden, um einem Bediener die Auswirkungen einer Änderung von Klima- oder Zeiteinstellungen anzuzeigen oder die Auswirkungen eines Eingriffs bei einer Mischbeschickung.
  • Es ist einem Bediener dabei nicht nur möglich, in vorgegebene Garabläufe (das heißt Klimaparameter als auch Zielwerteinstellungen wie Bräunungseinstellung) einzugreifen und diese zu ändern. Es wird auch angezeigt, welche Auswirkung der Eingriff auf die Bräunung haben wird.
  • Dabei ist es dem Bediener nicht nur möglich, lediglich am Anfang Zielwertparameter (z.B. Bräunungseinstellungen) vorgeben, sondern er kann diese auch während des Ablaufs ändern. Der Bräunungszähler bildet die Grundlage, um dem Bediener zu kommunizieren, ob der neue Wert erreicht werden kann oder nicht, unter Umständen auch mit der Anzeige, welche Bräunung im aktuellen Garablauf noch erreicht werden kann (beispielsweise Bräunungsgrad 4 statt gewünscht 5).
  • Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Bräunungszähler als Regelungsgröße zur synchronen Erreichung des äußeren und des inneren Gargrades verwendet wird. Hierbei wird dann ein Kerntemperaturfühler oder ein Modell für die innere Erwärmung verwendet. Die innere Erwärmung reagiert bei größeren Gargutstücken sehr viel träger auf das Garklima als die Bräunung. Dies kann genutzt werden, um die Bräunungsgeschwindigkeit insbesondere gegen Ende eines Garprozesses an die erwartete Restzeit anzupassen. Als Zielwert für die innere Gare kann beispielsweise die Erreichung einer bestimmten Temperatur, eines C- Wertes, einer Erweichung, einer Farbe im Inneren oder eine Volumenzunahme dienen.
  • Wenn ein Bediener eine Zielzeit vorgegeben hat, wann ein Produkt innere und äußere Gare erreicht haben soll, dient der Bräunungszähler zum einen als Größe zur Berechnung der notwendigen Restzeit bei einem bestimmten Klima und zum anderen zur Berechnung der notwendigen Klimaanpassung, um den gewünschten äußeren Garegrad am angegebenen Zeitpunkt zu erreichen.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Steuern eines Garverfahrens in einem Gargerät (10), bei dem ab einem Zeitpunkt, zu dem die Oberfläche eines zu garenden Produkts eine Temperatur in der Größenordnung der Siedetemperatur von Wasser überschreitet, ein dimensionsloser Bräunungszählerwert in das zu garende Produkt zu einem aktuellen Bräunungswert aufsummiert wird, indem in gleichmäßigen Abständen berechnete Einzelwerte aufsummiert werden, und der Garprozess beendet wird, wenn ein vorbestimmter Bräunungswert erreicht ist,
    wobei zur Bestimmung des dimensionslosen Bräunungszählerwertes ΔBz in das zu garende Produkt die folgende Beziehung verwendet wird: ΔB Z = e − E 0 T ∗ BZ ∞ − BZ n − 1
    Figure imgb0005
     mit: E = Produktabhängiger Wert der Aktivierungsenergie
    ΔBZ: dimensionsloser Bräunungszählerwert
    BZ∞: dimensionsloser, produktabhängiger unendlicher Bräunungszählerwert
    T: die Garraumtemperatur in K.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, zu dem die Oberfläche des Produkts eine Temperatur in der Größenordnung der Siedetemperatur von Wasser überschreitet, dadurch bestimmt wird, dass die Oberflächentemperatur gemessen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, zu dem die Oberfläche des Produkts eine Temperatur in der Größenordnung der Siedetemperatur von Wasser überschreitet, dadurch abgeschätzt wird, dass ein spezifischer Wärmeeintrag in das Produkt bestimmt wird, dieser spezifische Wärmeeintrag über die Garzeit integriert und der Zeitpunkt dann als erreicht angenommen wird, wenn dieses Wärmeflussintegral einen vorbestimmten Siedewert erreicht hat.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der spezifische Wärmeeintrag bestimmt wird aus dem Produkt aus einem angenommenen Wärmeübergangskoeffizienten α für den aktuellen Garprozess und einer treibenden Temperaturdifferenz.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die treibende Temperaturdifferenz die Differenz zwischen einer Garmediumstemperatur TM und einer Oberflächentemperatur TO des zu garenden Produkts ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bräunungswert, bei dem der Garprozess beendet wird, vorab experimentell für verschiedene zu garende Produkte oder Produktgruppen ermittelt wurde.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Werte des Bräunungszählers mit Daten in einer Bräunungsdatenbank abgeglichen werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der Bräunungsdatenbank in Abhängigkeit vom Ergebnis des Abgleichs modifiziert werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass für den Abgleich ein Wert für die objektive Bräunung bereitgestellt wird, insbesondere von einem Sensor.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass für den Abgleich ein Wert für die Bräunung bereitgestellt wird, der von einem Bediener eingegeben wird.
  11. Gargerät (10) mit einem Garraum (12), einer Heizvorrichtung (18) und einer Steuerung (22), wobei die Steuerung (22) dafür eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen, und einen Bräunungszähler (37) enthält, der dazu eingerichtet ist, einen dimensionslosen Bräunungszählerwert zu einem Bräunungswert aufzusummieren.
  12. Gargerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor vorhanden ist, der bräunungsrelevante Daten erfassen kann.
  13. Gargerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Kamera ist.
  14. Gargerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Gassensor ist.
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