EP3756420A1 - Verfahren zum betreiben eines lebensmittel-erwärmungsgeräts sowie lebensmittel-erwärmungsgerät - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines lebensmittel-erwärmungsgeräts sowie lebensmittel-erwärmungsgerät

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EP3756420A1
EP3756420A1 EP19703706.2A EP19703706A EP3756420A1 EP 3756420 A1 EP3756420 A1 EP 3756420A1 EP 19703706 A EP19703706 A EP 19703706A EP 3756420 A1 EP3756420 A1 EP 3756420A1
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EP
European Patent Office
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microwave
radiation
measuring
food
measuring radiation
Prior art date
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Application number
EP19703706.2A
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English (en)
French (fr)
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EP3756420B1 (de
Inventor
Markus Kuchler
Kerstin RIGORTH
Sebastian Sterz
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3756420A1 publication Critical patent/EP3756420A1/de
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Publication of EP3756420B1 publication Critical patent/EP3756420B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/70—Feed lines
    • H05B6/705—Feed lines using microwave tuning
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/72—Radiators or antennas

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a food-warming device.
  • the invention also relates to a food warming device adapted to carry out the method.
  • the invention is particularly advantageously applicable to food warming devices having a microwave function for heating foodstuffs, in particular to microwave ovens and combined baking / microwave ovens.
  • US 4,520,250 discloses a heater in which a signal wave is directed to a frozen food and the change in the absorption rate of the signal wave due to a dielectric loss of the food is measured to automatically control a heating process for thawing based on the measurement result.
  • WO 2012001523 A2 discloses a method for processing an object.
  • the method includes heating the object by applying radio frequency (RF) energy, monitoring a value for an absorption rate of RF energy through the object during heating, and adjusting the RF energy in accordance with changes in one time derivative of the monitored signal value.
  • RF radio frequency
  • the object is achieved by a method for operating a food-warming device, in which simultaneously a first microwave radiation ("microwave measuring radiation”) of a first frequency (“measuring frequency”) and a second microwave Radiation of a second measuring frequency different from the first measuring frequency is irradiated into a treatment space of the food heating appliance, microwave measuring radiation received from the cooking space (and thus also superimposed) is measured, and a thermal state of food in the treatment space is measured by means of a Evaluation of at least one beating property of the superimposed microwave measuring radiation is determined.
  • This method has the advantage that a thermal state of the food in a food-warming device can be determined particularly reliably and precisely.
  • a thermal state for example, a thawing state (eg “not thawed” or “thawed”, possibly also “thawing"), a boiling state (eg “non-boiling” or “boiling”) and / or a temperature state ( ie, a temperature of the food).
  • a thawing state eg “not thawed” or “thawed”, possibly also “thawing
  • a boiling state eg “non-boiling” or “boiling”
  • a temperature state ie, a temperature of the food.
  • a superimposed microwave measuring radiation can be understood to mean, in particular, reflected and optionally also transmitted microwave radiation received from the treatment space.
  • the received microwave measurement radiation can therefore also be understood as microwave radiation that is "superimposed at least superimposed”.
  • the treatment space can in particular be designed as a resonance chamber for the microwave radiation with electrically conductive surfaces.
  • the food warming device is in particular an electrically operated food-warming device, which is set up to introduce or input heating power specifically for heating food into the treatment space.
  • the food warming device is a household appliance. It is a development that the food warming device is a cooking appliance.
  • the Treatment room can then be a cooking chamber or be referred to as a cooking chamber.
  • the food-warming device is a cooling device, in particular a freezer.
  • the treatment room can then be a refrigerator or freezer or be referred to as a refrigerator or freezer.
  • the first microwave measuring radiation is introduced into the treatment space by means of a first microwave transmitter, while the second microwave radiation is introduced into the treatment space by means of a second microwave transmitter.
  • a microwave transmitter may include a microwave generator such as a magnetron or a semiconductor microwave generator for generating microwave radiation and optionally a microwave guide and / or an antenna.
  • the first microwave transmitter and the second microwave transmitter each have mutually spatially separate antennas.
  • the superimposed microwave measuring radiation can be measured by means of at least one microwave measuring device of the food-warming device.
  • the microwave measuring device may be e.g. a (microwave) antenna and a downstream of the antenna measuring unit.
  • the at least one measuring unit may e.g. be or have a bolometer or a measuring diode.
  • the microwave transmitter and the microwave measuring device may be separate devices or integrated into one device.
  • the antenna corresponds to at least one microwave measuring device of an antenna of a microwave transmitter, which allows a particularly simple and inexpensive construction. If both microwave transmitters have a respective antenna, each of the two antennas can be assigned a microwave measuring device. In this case, the superimposed microwave measurement radiation received from the treatment space is measured at two different locations or positions in or at the treatment room in accordance with the different position of both antennas. This provides two "measurement channels" for measuring a beat. The superimposed micromell measuring radiation measured at the two measuring channels generally differs from one another due to the different position of the associated antennas.
  • the thermal state of the food can then be determined on the basis of an evaluation of at least one beating property of the food superimposed microwave measurement radiation (superimposition signal) measured at the two antennas can be determined, which permits an even more reliable and / or more accurate determination of the thermal state.
  • the evaluation of the beat or of the superimposition signal is basically also possible on the basis of only one measuring channel, that is to say that, in particular, only one antenna is required for this purpose. It is therefore a development that the superimposed microwave measuring radiation is measured at only one position. This results in a particularly compact and inexpensive construction, in particular if a shared microwave guide and / or antenna is used for the generated different measurement frequencies.
  • the superimposed microwave measurement radiation is measured at at least two different positions and the thermal state of the food is determined by evaluating at least one beat characteristic of the superimposed microwave measurement radiation measured at the at least two different locations or positions .
  • the superimposed microwave measurement radiation can thus generally also be measured and evaluated at more than two positions. This refinement affords the advantage that the thermal state can be determined particularly precisely and possibly even in a spatially resolved manner.
  • microwave measuring devices which, in the case of distributed spatial arrangement of their antennas, permits a very precise, possibly spatially resolved, determination of the thermal state.
  • one or more antennas can also be used for external to microwave radiation, while at least one antenna is connected only to receive microwaves to a microwave measuring device.
  • the thermal state of the foodstuff is determined on the basis of a change in a fluctuation range of the superposed microwave measuring radiation.
  • the evaluated at least one beating property thus comprises or corresponds to the fluctuation range.
  • This fluctuation range can be detected and evaluated particularly reliably.
  • the fluctuation range can be determined, for example, as the difference between a maximum and a minimum of values of the superimposed microwave measurement radiation within a predetermined period of time, for example as the difference between a maximum and a minimum of p consecutively determined values.
  • the number p can be between 5 and 20, for example.
  • the fluctuation range is an averaged fluctuation range.
  • the average fluctuation range may be e.g. be an averaging over q consecutively determined fluctuation ranges. This has the advantage that a temporal progression of the fluctuation margins is smoothed out and thus an onset of a change in the fluctuation range can be determined even more reliably.
  • the fluctuation range of the superimposed microwave measuring radiation corresponds to a fluctuation range of the measured power of the heterodyne signal.
  • the fluctuation range can be determined on the basis of only the measured raw data of the superimposed microwave measurement radiation.
  • the values of the superimposed microwave measuring radiation thus correspond to the measured superimposed power of the microwave measuring radiation.
  • the fluctuation range of the superposed microwave measuring radiation corresponds to a fluctuation range of a reflectance, that is, a ratio of the measured power of the superimposed microwave measuring radiation to the corresponding irradiated power of the microwave transmitters.
  • This refinement has the advantage that fluctuations in the radiated power which can be compensated for, e.g. resulting from control operations.
  • the values of the superimposed microwave measurement radiation thus correspond to the reflectance of the superimposed microwave measurement radiation.
  • a frequency difference of the first measuring frequency and the second measuring frequency is in particular between 1 Hz and 10 MHz. This results in the advantage of a sufficiently high temporal resolution of the measurement of the superimposed microwave radiation or of the heterodyne signal, with simultaneous reliable avoidance of undersampling. However, even smaller or larger frequency differences can be used. It is a development that the microwave measurement radiation or its frequency band determined by the measurement frequencies lies in at least one ISM band, for example between 902 MHz and 928 MHz, between 2.4 GHz and 2.5 GHz and / or between 5.725 GHz and 5.875 GHz.
  • the first microwave measuring radiation and the second microwave measuring radiation are continuously irradiated into the treatment space. This allows a particularly timely determination of a thermal state, since an associated thermal state can be determined without interrupting the measurement process.
  • the fluctuation range may then be e.g. in the manner of a moving measuring window, that is to say that the fluctuation range is determined from the respective last p measured values. In turn, the course of the fluctuation range can be recorded and evaluated.
  • the microwave measuring radiation is irradiated in the treatment space in the context of a plurality of measuring sections or measuring cycles spaced apart in time.
  • the microwave measuring radiation can be introduced temporally alternately to introduce a heating power. This can be implemented, for example, by a series of alternating measuring cycles and heating cycles. In this embodiment, therefore, the first microwave measuring radiation and the second microwave measuring radiation are introduced alternately with heating power for heating the food into the treatment space.
  • the cooking appliance can be, for example, a microwave oven, an oven or a combination thereof, a refrigerator, in particular a freezer, with a defrost function, etc.
  • the microwave useful radiation e.g. be generated in a frequency band between 902 MHz and 928 MHz or between 2.4 GHz and 2.5 GHz.
  • the food-warming device for microwave irradiation by microwave useful radiation is set up or the food in the treatment room by microwave useful radiation can be heated (the food-warming device thus has a microwave heating function, eg due to its design as a microwave oven or oven / microwave oven Combination), it is an advantageous embodiment that a frequency range of the microwave measuring radiation comprising the measuring frequencies and a frequency range of the microwave useful radiation are different. This avoids crosstalk of the useful microwave radiation onto the microwave measuring radiation and thus enables, in particular, a reliable continuous determination of the thermal state of the food by continuous irradiation of the microwave measuring radiation with simultaneous irradiation of the microwave useful radiation.
  • the microwave useful radiation can be generated in a frequency band between 902 MHz and 928 MHz or between 2.4 GHz and 2.5 GHz, while the microwave measuring radiation is generated in a frequency band between 5.725 GHz and 5.875 GHz ,
  • a frequency range of the microwave measuring radiation comprising the measuring frequencies and a frequency range of the microwave useful radiation are equal or at least overlap.
  • the first measuring frequency and / or the second measuring frequency can then correspond to frequencies that are also used by the microwave useful radiation.
  • the microwave useful radiation and the microwave measuring radiation are irradiated alternately in time into the treatment room.
  • the microwave measuring radiation is also designed as (additional) useful microwave radiation or used as microwave useful radiation.
  • the power of the microwave measuring radiation is then so high that they can also cause a noticeable heating of the food or specialistssguts.
  • This has the advantage that not only a precise determination of the thermal state is achieved, but also a homogenization of so-called. "Hot Spots" is effected, that is, a total of more homogeneous heating of the food or treated material is made possible.
  • This embodiment can be used regardless of the type of heating, but is particularly advantageous if the food is heated by means of microwave irradiation by (dedicated) microwave useful radiation.
  • the first microwave measuring radiation and the second microwave measuring radiation are irradiated with changing first and second measuring frequencies at the same frequency difference
  • At least one pair is selected as a measuring pair for subsequently evaluating or determining the thermal state of the food.
  • This irradiation of the microwave measuring radiation at the beginning of the treatment process can also be referred to as "initial scan”.
  • This method has the advantage that a thermal state of a food in a food-warming device can be detected particularly quickly and precisely.
  • An initial selection of the measurement pairs based on the initial scan makes it possible for the expected course of the measured superimposed microwave measurement radiation to have sufficient dynamics (change potential) in order to be easily evaluable.
  • the fact that the microwave radiation is irradiated into the treatment room during an initial scan with changing or different (measurement) frequencies comprises in particular that microwave radiation with different measurement frequencies is irradiated in succession into the treatment room.
  • the first and the second microwave transmitter can be set to the respective measuring frequencies accordingly. This can also be referred to as a "sweep", in particular if the microwave measuring radiation is irradiated with temporally ascending or descending measuring frequencies.
  • a first microwave measuring radiation of a first measuring frequency f1 and a second microwave measuring radiation of a second measuring frequency f2 can be irradiated into the treatment room.
  • the power of the beat signal or the beat is measured.
  • the power of the heterodyne signal is measured analogously for a next frequency pair P i + 1 with the same Af, etc.
  • the first measurement frequency f1, and the second measurement frequency f2, successive pairs differ by Af.
  • the frequency pair Pi may comprise the measurement frequencies 5.725 GHz and 5.726 GHz, the frequency pair Pi + 1 the measurement frequencies 5.726 GHz and 5.727 GHz, etc., or the frequency pair Pi may comprise the measurement frequencies 5.725 GHz and 5.735 GHz. pair of signals Pi + 1 the measuring frequencies 5,735 GHz and 5,745 GHz, etc.
  • An initiation of a treatment process may be understood to be a period in which no associated heating power has been or has been irradiated into the treatment space, which is intended specifically for heating the food. Also, a start of a treatment process can be understood as a period whose beginning coincides with a beginning of an introduction of heat output.
  • selection criteria make it possible to select measurement frequencies in a particularly simple way, with which the thermal state can be determined particularly precisely.
  • other selection criteria may be used, e.g. a group with "medium” fluctuation margins, reflections, etc.
  • An average reflectance may be averaged over a period of time reflectance.
  • an average microwave power can be a microwave power averaged over a time course.
  • a group may comprise one element or member (ie, exactly one pair of measurements) or multiple elements or members (ie, multiple pairs of measurements).
  • the group with the highest reflectivities can only include the measuring pair with the highest (possibly averaged) reflectance or the measuring pairs with the highest two, three, ... reflectance values, etc.
  • a thawing and / or boiling of the food is determined by means of a sudden change (ie, a sudden decrease or a sudden increase) of the fluctuation range of the superimposed microwave radiation.
  • the thermal state of the food is determined in the form of a thawing state and / or boiling state.
  • the sudden change in the fluctuation range enables a particularly precise determination of the thawing state and / or boiling state.
  • a temporal course of the fluctuation range can be recorded or determined for this purpose.
  • a thawing operation may be concluded to transition from a frozen state to a thawed state (solid-to-liquid phase transition) and / or boiling to boiling ,
  • a plurality of measuring pairs are or have been selected and the thermal state (for example the thawing state or the boiling state) is determined on the basis of a sudden change in the fluctuation range per selected measuring pair determined over a time profile.
  • the thermal state for example the thawing state or the boiling state
  • the thermal state is determined on the basis of a sudden change in the fluctuation range per selected measuring pair determined over a time profile.
  • the sudden change in the fluctuation range can be determined, for example, from a percentage change in an initial value and / or from a time derivative (slope) of the fluctuation range.
  • a thawing or thawing condition may be inferred when a percentage change in fluctuation range within a predetermined short period of time (eg, 5, 10, 20, or 30 seconds) reaches a predetermined threshold, or becomes minimum or maximum, and / or a slope of fluctuation range reaches a predetermined threshold or becomes maximum in absolute values.
  • a predetermined short period of time eg, 5, 10, 20, or 30 seconds
  • the heating power is radiated in with one of the sets of heating parameters and a time profile of at least one beating property of the superimposed microwave radiation is determined;
  • This embodiment has the advantage that the food is particularly uniformly treatable (eg defrostable or can be brought to cooking or boiling) is changed by the change in the heating parameters, the distribution of energy input into the food and characterized particularly even performance in the food - is brought. This makes it possible to evenly treat a large-volume food product evenly.
  • the treatment process may include or include a time sequence of a plurality of treatment sections with different heating parameters.
  • the heat output corresponds to the heating power, which is intended to heat the food, while the microwave measuring radiation is assigned no or only negligible heat output.
  • This can be implemented in such a way that the microwave measuring radiation is irradiated into the treatment space with low power and / or only for a short period of time. If a measurement cycle takes only a short period of time (for example, less than one second), this can optionally also be done at the power level of the heating power, since there is no significant change in the material to be treated by the measurement process in this short period of time.
  • the heating power can - depending on the configuration of the food-warming device - eg a microwave power, a heating power generated by electrical resistance heaters, etc. include.
  • Heating parameters can generally include all device Parameters are understood, which influence or set a local distribution of the heating power in the treatment room. The heating parameters may therefore also be referred to as heating power localization parameters.
  • the heating parameters applied or used during a treatment section need not be constant until the thermal state is detected and may be dynamic and may be e.g. also not be determined repeatedly.
  • a set of heating parameters may thus comprise a group of constant or a group of non-constant heating parameters.
  • the heating parameters of a block can be specified or dynamically adjusted.
  • the heating parameters may include one or more of the following parameters:
  • this may involve the introduction of electromagnetic radiation having a frequency of not more than 900 MHz, in particular radiation having a frequency between 1 MHz and 900 MHz, especially in a range between 30 and 50 MHz.
  • the heating parameters may include, for example, one or more of the following parameters:
  • radiator activation top heat, bottom heat, hot air etc. or a combination thereof
  • the treatment process is terminated when - the steps a) and b) have been carried out for all m sets of microwave parameters; and or
  • step b) initially a thermal state provided for or after heating is or has been established can be determined, for example. in the case of a thawing state as the thermal state, in step b) initially an already thawed state is or has been established in a thawing section used for the treatment. This can be ascertained, for example, by the fluctuation range of the superimposed microwave measurement radiation (ie the measured power and / or the reflectance) at the start of the thawing section being appreciably lower or higher than a predefined threshold value, values above or below this threshold value correspond to frozen state.
  • the threshold value may have been empirically determined and given or determined at the beginning of the thawing process, e.g. during the initial measurement. This can be applied analogously to other thermal conditions of food. These considerations can be applied analogously to a boiling process or a boiling state.
  • step b) when a thawed state (or a solid-to-liquid phase change) is detected during a thawing section, the heating power is reduced until freezing is determined or detected, and following step c) is executed.
  • step c) By reducing the heating power re-freezing of a locally specially heated area of the food is made possible by its possibly still frozen environment.
  • the change of the heating parameters together with the determination of a re-freezing results in particular in the advantage that many zones can be produced in the food whose water contents after freezing immediately before thawing or before a phase transition from solid to liquid.
  • the re-freezing can be done, for example, on the basis of a sudden change in the fluctuation range of the received microwave radiation.
  • the purpose of re-freezing is to heat up areas that are already too hot, so that even liquid areas are not disproportionately heated due to the higher absorption capacity of water compared to ice under microwave irradiation. This achieves a more uniform temperature distribution in the item to be treated.
  • That the heating power is reduced with the detection of the thawing in step b) may include that the heating power is switched off or reduced to zero.
  • the defrosting operation is terminated when no re-freezing is recognized for at least one of the defrosting sections.
  • a high heating power is radiated during a defrosting section of the thawing process.
  • the high heating line may be a maximum heating power or a high percentage of the maximum heating power (e.g., 70%, 80% or 90% of the maximum heating power).
  • heating power is additionally introduced into the treatment room for a short time in order to be able to ensure the thawed state particularly reliably.
  • the thawing state of the food can thus be effected particularly reliably from a state shortly before thawing to a thawed state.
  • microwave useful radiation with different m m> 2 is specified.
  • NEN sets of microwave parameters in the treatment room is einstrahlbar and that
  • step a) the useful microwave radiation is irradiated with one of the sets of microwave parameters and a time profile of at least one fluctuation property, in particular a fluctuation range, of the superposed microwave radiation is determined;
  • step b) if a predetermined thermal state is detected for this treatment section by means of the course of the at least one fluctuation characteristic, in particular fluctuation range, following
  • step c) the steps a) and b) is repeated for microwave useful radiation with at least one other of the sets of microwave parameters.
  • the object is also achieved by a food-warming device, which is set up to run the method according to one of the preceding claims.
  • the food warming device has at least:
  • At least one microwave transmitter for irradiating the first microwave measuring radiation and the second microwave measuring radiation into the treatment space
  • At least one microwave measuring device for measuring superimposed from the first and second microwave measuring radiation microwave measuring radiation and
  • a data processing device for determining at least one thermal state of foodstuffs located in the treatment space on the basis of an evaluation of at least one beating property of the superposed microwell measuring radiation.
  • the food warmer can be made analogous to the process and has the same advantages.
  • the microwave measuring radiation can be radiated into the treatment space via one or more channels.
  • the superimposed microwave measuring radiation can also be measured via one or more channels. It is a space-saving development that the first microwave measuring radiation is introduced by means of a first microwave transmitter in the treatment room, while the second microwave measuring radiation is introduced by means of a second microwave transmitter in the treatment room and the two microwave transmitter at least partially have shared microwave guide.
  • the microwaves generated by the first and by the second microwave generator can be combined by a combiner or "combiner".
  • the first microwave measuring radiation and the second microwave measuring radiation are introduced into the treatment space by means of a single ("combination") microwave transmitter, which has spatially separated antennas.
  • This development can, for example, be implemented such that the microwave signal of the first measuring frequency generated by the microwave generator is split into a first branch leading to the first antenna and into a second branch leading to the second antenna. While the microwave signal conducted to the first antenna is not actively frequency-changed, the microwave signal fed to the second antenna is converted to the second measurement frequency, e.g. by means of a frequency divider and / or frequency multiplier.
  • microwave transmitter (s) it is a - applicable to the above-described embodiments of microwave transmitter (s) - development that the first microwave measuring radiation and the second microwave measuring radiation are emitted by a single antenna.
  • the data processing device can be integrated in a control device of the food warming device or the control device can have a data processing function for carrying out the method.
  • the control means may be arranged to drive the microwave transmitters, e.g. with regard to its microwave power and possibly the microwave parameters used in the irradiation of the microwaves.
  • the food-warming device irradiates microwave power to heat the food into the treatment room
  • at least one micrometre may be used.
  • the household appliance may contain one or more of the following components or components:
  • the domestic appliance may comprise a steam generator, e.g. an outside of the treatment room existing steam generator, a heated water bowl within the treatment room, etc.
  • a steam generator e.g. an outside of the treatment room existing steam generator, a heated water bowl within the treatment room, etc.
  • FIG. 2 shows a plot of a time profile of a reflectance measured on two measuring channels of a superimposed microwave measuring radiation for a thawing process
  • Fig. 3 shows a plot of a variation of a fluctuation width versus the time of the reflectance measured in Fig. 2;
  • FIG. 4 is a flowchart for a possible operation of the food warming apparatus of Fig. 1;
  • FIG. 5 shows a plot of a time profile of a reflectance, measured at two measuring channels, of a superimposed microwave measuring radiation for a cooking process;
  • FIG. 5 shows a plot of a time profile of a reflectance, measured at two measuring channels, of a superimposed microwave measuring radiation for a cooking process;
  • FIG. 6 shows a plot of a progression of a fluctuation width against the time of the reflectance measured in FIG.
  • the microwave oven 1 shows a sectional side view of a possible food heating device according to the invention in the form of a microwave oven 1 serving as a cooking appliance.
  • the microwave oven 1 has a cooking chamber 2 which can be loaded with foodstuffs L (that is, one or more foods).
  • the microwave oven 1 has a first microwave transmitter 3 a with a microwave generator 4 (for example, a magnetron) and an antenna 5. First microwaves MW1 generated by the microwave generator 4 are fed into the cooking chamber 2 via the antenna 5.
  • the microwave oven 1 also has a second microwave transmitter 3b with a microwave generator (not shown) and an antenna (not shown). Second microwave MW 2 generated by the microwave generator 4 are fed into the cooking chamber 2 via its antenna.
  • a control device 6 activates the microwave transmitters 3a, 3b and can, in particular, instruct the microwave generators 4 to generate the first and second microwaves MW1, MW2 with certain microwave parameters, e.g. with respect to their microwave frequency, phase and / or amplitude. Also, the controller 6 may be configured to control rotation of the antennas 5.
  • the antennas 5 are further coupled to respective microwave measuring devices 7a, 7b, which measure microwave radiation received via the antennas 5 from the cooking chamber 2.
  • the microwave measuring devices 7a, 7b can each include a bolometer.
  • the microwave measuring devices 7a, 7b are further coupled to the control device 6 in order to transmit measurement data generated by the microwave measuring devices 7a, 7b, which represent a measure of the power of the received microwave radiation, to the control device 6.
  • the control device 6 is designed as a data processing device in order to process the measurement data (for example, to form a Reflectance R)), to determine a thermal state such as a thawing state and / or a boiling state and to control the microwave oven 1, for example to control the microwave transmitters 3a, 3b accordingly.
  • the control device 6 can be set up to operate the microwave transmitters 3a, 3b alternately in a measuring cycle and in a heating cycle.
  • the first microwave transmitter 3a and / or the second microwave transmitter 3b are operated to heat the food L.
  • the first microwave transmitter 3a is operated in such a way that it irradiates a first microwave measuring radiation MW1 of a first measuring frequency f1 into the cooking chamber 2 and the second microwave transmitter 3a operates to transmit a second microwave measuring radiation MW2 radiates into the cooking chamber 2 with a second measuring frequency MW2 that is different from the first measuring frequency f1 but close to the first measuring frequency f1.
  • the superimposed microwave measuring radiation can be measured at both measuring devices 7a, 7b.
  • the control device 6 is set up to determine the thermal state of the foodstuff L on the basis of an evaluation of at least one beating property of the superimposed microwave measuring radiation, e.g. from the measured values or superimposition signals as such or from the reflectance.
  • the at least one floating property may in particular be a fluctuation range.
  • the reflection levels R associated with the measurement channels K1 and K2 have respective fluctuation ranges B.
  • FIG. 3 shows a plot of a time profile of the fluctuation width B determined or determined from FIG. 2 of the superimposed microwave measuring radiation versus time t for both measuring channels K1 and K2.
  • microwave useful radiation is radiated into the cooking chamber 2 in order to heat the foodstuff L.
  • a fluctuation width B of the reflectance R determined from the superposed microwave measuring radiation changes only slightly.
  • the microwave useful radiation does not penetrate the foodstuff L uniformly, it can happen that the abrupt drop in the fluctuation width B is caused by only local phase transition or only local thawing, so that portions of the foodstuff L have already thawed during other parts of the food L are still in a frozen (thawing) state.
  • an initial scan can be performed on all frequency pairs f 1, f 2 of the microwave measurement radiation MW 1, MW 2 used or usable by the microwave generator 4.
  • the microwave measurement radiation MW1, MW2 for all possible frequency pairs f1, f2 is irradiated with a time offset and their superimposed reflection is measured by the microwave measurement devices 7a, 7b.
  • a time window of 100 ms are provided for each of the pairs of microwave measurement frequencies f 1, f 2, e.g.
  • the control device 6 selects from this at least one measuring pair, in particular a plurality of measuring pairs, based on at least one stored selection criterion for subsequent use as a pair of measurements (e).
  • the thawing state of the foodstuff L is subsequently determined on the basis of an evaluation of the fluctuation range B of only the at least one measuring pair.
  • alternating microwave useful radiation and microwave measuring radiation can be radiated into the cooking chamber 2 alternately during a thawing process.
  • the microwave measuring radiations can be evaluated individually for different measuring pairs. and the achievement of the phase transition by drop of the reflectance R at one, several or all measurement frequencies are detected.
  • a first step S1 an initial scan is carried out under the control of the control device 6 by irradiating microwaves measuring radiation MW1, MW2 with different pairs of measuring frequencies f1, f2 into the cooking chamber 2 at the beginning of a thawing process by means of the microwave transmitters 3a, 3b is measured and by means of the microwave measuring devices 7a, 7b respectively a power of the superimposed microwave measuring radiation for each of the incident frequency pairs.
  • a second step S2 at least one measuring pair is selected by the control device 6 on the basis of the superposed microwave measuring radiation.
  • the microwave useful radiation is irradiated in a first thawing section with a first set of microwave parameters from a group of m (m> 2) microwave parameters in the cooking chamber 2 until a Phase transition is detected, eg Based on a strong change of the reflectance R from a time course V of the reflectivities R.
  • the irradiation of the microwave useful radiation and the microwave measuring radiation alternately alternate to the course V of the fluctuation width B with high temporal resolution to be able to record.
  • the microwaves useful radiation is irradiated with high power, in particular with maximum power.
  • a fourth step S4 when a phase transition or a thawed state is detected or has been determined based on the course V of the fluctuation width B, the heating power is set to zero, until based on the course V re-freezing is determined, for example by one on the Phase transition following noticeable increase in the fluctuation width B. Subsequently, steps S3 and S4 may be repeated for all other predetermined m sets of microwave parameters as indicated by step S5, alternatively only for some of the sets.
  • the thawing process may be e.g. be ended in a step S6, if
  • the steps S3 to S5 can also be run through several times, in particular if even at the last of the predetermined sets of microwave parameters of the microwaves useful radiation re-freezing is or has been detected.
  • the step S6 may be followed by a step S7, in which the foodstuff L is briefly irradiated in time by microwave useful radiation ("heating pulse"), e.g. to eliminate the presence of small frozen areas and / or to transfer the food L to a completely thawed state particularly reliably.
  • microwave useful radiation e.g. to eliminate the presence of small frozen areas and / or to transfer the food L to a completely thawed state particularly reliably.
  • FIG. 5 shows a plot of a time profile of a reflectance R or of a reflection coefficient (in arbitrary units) of the superposed microwave measuring radiation versus time t in minutes for a cooking process, specifically for the measuring channels belonging to both microwave measuring devices 7a, 7b K1 and K2.
  • the reflection degrees R associated with the measuring channels K1 and K2 have respective fluctuation widths B.
  • FIG. 6 shows a plot of a time profile of the fluctuation width B determined or determined from FIG. 2 of the superposed microwave measuring radiation versus time t for both measuring channels K1 and K2.
  • microwave useful radiation can be irradiated into the cooking chamber 2 in order to heat the food L.
  • a fluctuation range B of the reflectance R determined from the superposed microwave measuring radiation changes rather small.
  • the cooking process may be at least partially analogous to the thawing process, e.g. using an initial scan, by selecting one or more measuring pairs and / or by irradiation of heating power of different heating parameters, etc.
  • a numerical value may include exactly the specified number as well as a customary tolerance range, unless this is explicitly excluded.

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Abstract

Ein Verfahren (S1-S7) dient zum Betreiben eines Lebensmittel-Erwärmungsgeräts (1), bei dem gleichzeitig eine erste Mikrowellen-Messstrahlung (MW1) einer ersten Messfrequenz (f1) und eine zweite Mikrowellen-Messstrahlung (MW2) einer zu der ersten Messfrequenz (f1) unterschiedlichen zweiten Messfrequenz (f2) in einen Behandlungsraum (2) des Lebensmittel-Erwärmungsgeräts (1) eingestrahlt wird, aus dem Behandlungsraum (2) empfangene überlagerte Mikrowellen-Messstrahlung gemessen wird und ein thermischer Zustand von in dem Behandlungsraum (2) befindlichem Lebensmittel (L) anhand einer Auswertung mindestens einer Schwebungseigenschaft (B) der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung bestimmt wird. Ein Lebensmittel-Erwärmungsgerät ist dazu eingerichtet, das Verfahren ablaufen zu lassen und weist dazu mindestens einen Mikrowellen-Sender (3a, 3b) zum Einstrahlen der ersten Mikrowellen-Messstrahlung (MW1) und der zweiten Mikrowellen-Messstrahlung (MW2) in den Behandlungsraum (2) sowie mindestens eine Mikrowellen-Messvorrichtung (7a, 7b) zum Messen von aus dem Behandlungsraum (2) überlagerter Mikrowellen-Messstrahlung auf. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar auf Gargeräte mit einer Mikrowellenfunktion zur Erwärmung von Lebensmitteln, insbesondere Mikrowellenöfen und kombinierte Back/Mikrowellen-Öfen.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Lebensmittel-Erwärmungsgeräts sowie Lebensmittel-Erwärmungsgerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lebensmittel-Erwärmungsgeräts. Die Erfindung betrifft auch ein Lebensmittel-Erwärmungsgerät, das zum Durchführen des Verfahrens eingerichtet ist. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar auf Le- bensmittel-Erwärmungsgeräte mit einer Mikrowellenfunktion zur Erwärmung von Lebens- mitteln, insbesondere auf Mikrowellenöfen und kombinierte Back/Mikrowellen-Öfen.
US 4,520,250 offenbart eine Heizvorrichtung, bei der eine Signalwelle auf ein gefrorenes Nahrungsmittel gerichtet wird und die Veränderung der Absorptionsrate der Signalwelle aufgrund eines dielektrischen Verlusts des Nahrungsmittels gemessen wird, um einen Aufheizprozess zum Auftauen auf Grundlage des Messergebnisses automatisch zu steu- ern.
WO 2012001523 A2 offenbart ein Verfahren zum Verarbeiten eines Objekts. Das Verfah- ren umfasst ein Erwärmen des Objekts durch Anwenden von Hochfrequenz (HF)-Energie, Überwachen eines Werts bezüglich einer Absorptionsrate von HF-Energie durch das Ob- jekt während des Erwärmens und Anpassen der HF-Energie in Übereinstimmung mit Än- derungen einer zeitlichen Ableitung des überwachten Signalwerts.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit bereit- zustellen, einen thermischen Zustand eines gefrorenen Lebensmittels in einem Lebens- mittel-Erwärmungsgerät, insbesondere Gargerät, festzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteil- hafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Lebensmittel- Erwärmungsgeräts, bei dem gleichzeitig eine erste Mikrowellenstrahlung ("Mikrowellen- Messstrahlung") einer ersten Frequenz ("Messfrequenz") und eine zweite Mikrowellen- Strahlung einer zu der ersten Messfrequenz unterschiedlichen zweiten Messfrequenz in einen Behandlungsraum des Lebensmittel-Erwärmungsgeräts eingestrahlt wird, aus dem Garraum empfangene (und damit auch überlagerte) Mikrowellen-Messstrahlung gemes- sen wird und ein thermischer Zustand von in dem Behandlungsraum befindlichem Le- bensmittel anhand einer Auswertung mindestens einer Schwebungseigenschaft der über- lagerten Mikrowellen-Messstrahlung bestimmt wird.
Dieses Verfahren ergibt den Vorteil, dass ein thermischer Zustand des Lebensmittels in einem Lebensmittel-Erwärmungsgerät besonders zuverlässig und präzise feststellbar ist.
Dabei wird ausgenutzt, dass bei gleichzeitiger Einstrahlung der ersten und zweiten Mik- rowellen-Messstrahlung deren Überlagerungssignal oder Schwebung mittels einer Mikro- wellen-Messvorrichtung gemessen werden und folgend ausgewertet werden kann. Es ist eine Weiterbildung, dass eine Leistung der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung ge- messen wird.
Unter einem thermischen Zustand kann beispielsweise ein Auftauzustand (z.B. "nicht auf- getaut" oder "aufgetaut", ggf. auch "im Auftauen befindlich"), ein Siedezustand (z.B. "nicht siedend" oder "siedend") und/oder ein Temperaturzustand (d.h., eine Temperatur des Lebensmittels) verstanden werden.
Unter einer überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung kann insbesondere aus dem Be- handlungsraum empfangene reflektierte und ggf. auch transmittierte Mikrowellenstrahlung verstanden werden. Die empfangene Mikrowellen-Messstrahlung kann daher auch als "zumindest reflektiert überlagerte" Mikrowellen-Messstrahlung verstanden werden. Der Behandlungsraum kann insbesondere als eine Resonanzkammer für die Mikrowellen- strahlung mit elektrisch leitfähigen Oberflächen ausgebildet sein.
Das Lebensmittel-Erwärmungsgerät ist insbesondere ein elektrisch betriebenes Lebens- mittel-Erwärmungsgerät, das dazu eingerichtet ist, gezielt Heizleistung zur Erwärmung von Lebensmitteln in den Behandlungsraum einzubringen oder einzugeben.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Lebensmittel-Erwärmungsgerät ein Haushaltsgerät ist. Es ist eine Weiterbildung, dass das Lebensmittel-Erwärmungsgerät ein Gargerät ist. Der Behandlungsraum kann dann ein Garraum sein oder als ein Garraum bezeichnet werden. Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Lebensmittel-Erwärmungsgerät ein Kühlgerät, insbesondere Gefriergerät, ist. Der Behandlungsraum kann dann ein Kühl- oder Gefrier- raum sein oder als ein Kühl- oder Gefrierraum bezeichnet werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass die erste Mikrowellen-Messstrahlung mittels eines ersten Mikrowellen-Senders in den Behandlungsraum eingebracht wird, während die zweite Mik- rowellen-Messstrahlung mittels eines zweiten Mikrowellen-Senders in den Behandlungs- raum eingebracht wird. Ein Mikrowellen-Sender kann einen Mikrowellengenerator wie ein Magnetron oder einen Halbleiter-Mikrowellengenerator zur Erzeugung von Mikrowellen- strahlung und ggf. eine Mikrowellenführung und/oder eine Antenne enthalten. Insbeson- dere weisen der erste Mikrowellen-Sender und der zweite Mikrowellen-Sender jeweilige, voneinander räumlich getrennte Antennen auf.
Die überlagerte Mikrowellen-Messstrahlung kann mittels mindestens einer Mikrowellen- Messvorrichtung des Lebensmittel-Erwärmungsgeräts gemessen werden. Die Mikrowel- len-Messvorrichtung kann z.B. eine (Mikrowellen-) Antenne und eine der Antenne nach- geschaltete Messeinheit aufweisen. Die mindestens eine Messeinheit kann z.B. ein Bolo- meter oder eine Messdiode sein oder aufweisen. Allgemein können der Mikrowellen- Sender und die Mikrowellen-Messvorrichtung separate Einrichtungen sein oder in einer Einrichtung integriert sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Antenne mindestens einer Mikrowellen- Messvorrichtung einer Antenne eines Mikrowellen-Senders entspricht, was einen beson- ders einfachen und preiswerten Aufbau ermöglicht. Falls beide Mikrowellen-Sender eine jeweilige Antenne aufweisen, kann jeder der beiden Antennen eine Mikrowellen-Mess- vorrichtung zugeordnet sein. In diesem Fall wird die aus dem Behandlungsraum empfan- gene überlagerte Mikrowellen-Messstrahlung an zwei unterschiedlichen Stellen oder Posi- tionen in oder an dem Behandlungsraum entsprechend der unterschiedlichen Position beider Antennen gemessen. Es werden dadurch zwei "Messkanäle" zur Messung einer Schwebung bereitgestellt. Die an den beiden Messkanälen gemessene überlagerte Mik- rowellen-Messstrahlung unterscheidet sich aufgrund der unterschiedlichen Position der zugehörigen Antennen in der Regel voneinander. Der thermische Zustand des Lebensmit- tels kann dann anhand einer Auswertung mindestens einer Schwebungseigenschaft der an den beiden Antennen gemessenen überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung (Überla- gerungssignal) bestimmt werden, was eine noch zuverlässigere und/oder genauere Fest- stellung des thermischen Zustands erlaubt.
Jedoch ist die Auswertung der Schwebung bzw. des Überlagerungssignals grundsätzlich auch anhand nur eines Messkanals möglich, d.h., dass dazu insbesondere auch nur eine Antenne benötigt wird. Es ist also eine Weiterbildung, dass die überlagerte Mikrowellen- Messstrahlung an nur einer Position gemessen wird. Dies ergibt einen besonders kom- pakten und preiswerten Aufbau, insbesondere wenn für die erzeugten unterschiedlichen Messfrequenzen eine gemeinsam genutzte Mikrowellenführung und/oder Antenne ver- wendet wird.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die überlagerte Mikrowellen-Messstrahlung an mindes- tens zwei unterschiedlichen Positionen gemessen wird und der thermische Zustand des Lebensmittels anhand einer Auswertung mindestens einer Schwebungseigenschaft der an den mindestens zwei unterschiedlichen Stellen oder Positionen gemessenen überla- gerten Mikrowellen-Messstrahlung bestimmt wird. Die überlagerte Mikrowellen- Messstrahlung kann also allgemein auch an mehr als zwei Positionen gemessen und ausgewertet werden. Diese Ausgestaltung ergibt den Vorteil, dass der thermische Zu- stand besonders genau und ggf. sogar ortsaufgelöst, bestimmbar ist.
Es ist allgemein möglich, auch mehr als zwei (z.B. drei oder mehr) Mikrowellen- Messvorrichtungen zu verwenden, was bei verteilter räumlicher Anordnung ihrer Anten- nen eine ganz besonders genaue, ggf. ortsaufgelöste, Bestimmung des thermischen Zu- stands ermöglicht. In diesem Fall können ein oder mehrere Antennen auch zum Aussen- den von Mikrowellenstrahlung verwendet werden, während mindestens eine Antenne nur zum Empfang von Mikrowellen an eine Mikrowellen-Messvorrichtung angeschlossen ist.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der thermische Zustand des Lebensmittels anhand einer Änderung einer Schwankungsbreite der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung be- stimmt wird. Die ausgewertete mindestens eine Schwebungseigenschaft umfasst oder entspricht also der Schwankungsbreite. Diese Schwankungsbreite lässt sich besonders zuverlässig erkennen und auswerten. Die Schwankungsbreite kann beispielsweise als Differenz zwischen einem Maximum und einem Minimum von Werten der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer bestimmt werden, z.B. als Differenz zwischen einem Maximum und einem Minimum von p aufeinanderfolgend bestimmten Werten. Die Zahl p kann z.B. zwischen 5 und 20 liegen.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Schwankungsbreite eine gemittelte Schwankungsbrei- te ist. Die gemittelte Schwankungsbreite kann z.B. eine Mittelung über q aufeinanderfol- gend ermittelte Schwankungsbreiten sein. Dies ergibt den Vorteil, dass ein zeitlicher Ver- lauf der Schwankungsbreiten geglättet wird und sich so ein Einsetzen einer Änderung der Schwankungsbreite noch zuverlässiger bestimmen lässt.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Schwankungsbreite der überlagerten Mikrowellen- Messstrahlung einer Schwankungsbreite der gemessenen Leistung des Überlagerungs- signals entspricht. In diesem Fall kann die Schwankungsbreite anhand nur der gemesse- nen Rohdaten der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung bestimmt werden. Die Werte der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung entsprechen also hierbei der gemessenen überlagerten Leistung der Mikrowellen-Messstrahlung.
Es ist eine alternative oder zusätzliche Weiterbildung, dass die Schwankungsbreite der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung einer Schwankungsbreite eines Reflexionsgrads entspricht, d.h., einem Verhältnis der gemessenen Leistung der überlagerten Mikrowellen- Messstrahlung zu der zugehörigen eingestrahlten Leistung beider Mikrowellen-Sender. Diese Weiterbildung ergibt den Vorteil, dass dadurch auch Schwankungen der einge- strahlten Leistung berücksichtigt bzw. kompensiert werden können, die sich z.B. durch Regelvorgänge ergeben. Die Werte der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung entspre- chen also hierbei dem Reflexionsgrad der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung.
Es ist eine Ausgestaltung, dass ein Frequenzunterschied der ersten Messfrequenz und der zweiten Messfrequenz insbesondere zwischen 1 Hz und 10 MHz liegt. Dies ergibt den Vorteil einer ausreichend hohen zeitlichen Auflösung der Messung der überlagerten Mik- rowellen-Messstrahlung bzw. des Überlagerungssignals bei gleichzeitig zuverlässiger Vermeidung einer Unterabtastung. Jedoch können auch noch kleinere oder größere Fre- quenzunterschiede genutzt werden. Es ist eine Weiterbildung, dass die Mikrowellen-Messstrahlung bzw. deren durch die Messfrequenzen bestimmtes Frequenzband in mindestens einem ISM-Band liegt, z.B. zwischen 902 MHz und 928 MHz, zwischen 2,4 GHz und 2,5 GHz und/oder zwischen 5,725 GHz und 5,875 GHz.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die erste Mikrowellen-Messstrahlung und die zweite Mik- rowellen-Messstrahlung kontinuierlich in den Behandlungsraum eingestrahlt werden. Dies ermöglicht eine besonders zeitgenaue Bestimmung eines thermischen Zustands, da ein zugehöriger thermischer Zustand ohne Unterbrechung des Messvorgangs bestimmt wer- den kann. Die Schwankungsbreite kann dann z.B. nach Art eines mitlaufenden Messfens- ters bestimmt werden, d.h., dass die Schwankungsbreite aus den jeweils letzten p Mess- werten bestimmt wird. Daraus wiederum kann der Verlauf der Schwankungsbreite aufge- zeichnet und ausgewertet werden.
Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass die Mikrowellen-Messstrahlung im Rahmen mehrerer zeitlich voneinander beabstandeter Messabschnitte oder Messzyklen in den Behandlungsraum eingestrahlt wird. Dies ergibt den Vorteil, dass das Lebensmittel be- sonders wenig durch die Mikrowellen-Messstrahlung beeinflusst wird und zudem Energie eingespart wird. In einer Variante kann die Mikrowellen-Messstrahlung zeitlich abwech- selnd zur Einbringung einer Heizleistung eingebracht werden. Dies kann beispielsweise durch eine Folge zeitlich abwechselnder Messzyklen und Heizzyklen umgesetzt werden. Bei dieser Ausgestaltung werden also die erste Mikrowellen-Messstrahlung und die zweite Mikrowellen-Messstrahlung abwechselnd mit Heizleistung zum Erwärmen des Lebensmit- tels in den Behandlungsraum eingebracht.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Lebensmittel-Erwärmungsgerät dazu eingerichtet ist, in dem Behandlungsraum befindliche Lebensmittel mittels mindestens einer der folgenden Heizarten zu erwärmen:
- Mikrowellenbestrahlung durch Mikrowellen-Nutzstrahlung;
- Einstrahlung von weiterer elektromagnetischer Energie
- Wärmestrahlung durch mindestens einen Widerstandsheizkörper;
- Wärmebehandlung durch Heißlufteinbringung und/oder Dampfeinbringung. Dies ergibt den Vorteil, dass das Verfahren an einer Vielzahl von Lebensmittel- Erwärmungsgeräten durchführbar ist. Das Gargerät kann beispielsweise ein Mikrowellen- ofen, ein Backofen oder eine Kombination davon, ein Kühlgerät, insbesondere Gefrierge- rät, mit Auftaufunktion usw. sein.
Ist das Lebensmittel-Erwärmungsgerät zur Mikrowellenbestrahlung durch Mikrowellen- Nutzstrahlung eingerichtet, kann die Mikrowellen-Nutzstrahlung z.B. in einem Frequenz- band zwischen 902 MHz und 928 MHz oder zwischen 2,4 GHz und 2,5 GHz erzeugt wer- den.
Ist das Lebensmittel-Erwärmungsgerät zur Mikrowellenbestrahlung durch Mikrowellen- Nutzstrahlung eingerichtet bzw. ist das in dem Behandlungsraum befindliche Lebensmittel mittels Mikrowellen-Nutzstrahlung erwärmbar (weist das Lebensmittel-Erwärmungsgerät also eine Mikrowellen-Erwärmungsfunktion auf, z.B. aufgrund seiner Ausgestaltung als Mikrowellenofen oder als Backofen/Mikrowellenofen-Kombination), ist es eine vorteilhafte Ausgestaltung, dass ein die Messfrequenzen umfassender Frequenzbereich der Mikro- wellen-Messstrahlung und ein Frequenzbereich der Mikrowellen-Nutzstrahlung unter- schiedlich sind. Dies vermeidet ein Übersprechen der Mikrowellen-Nutzstrahlung auf die Mikrowellen-Messstrahlung und ermöglicht so insbesondere eine zuverlässige kontinuier- liche Bestimmung des thermischen Zustands des Lebensmittels durch kontinuierliche Ein- strahlung der Mikrowellen-Messstrahlung bei gleichzeitiger Einstrahlung der Mikrowellen- Nutzstrahlung. In einem speziellen Beispiel kann die Mikrowellen-Nutzstrahlung in einem Frequenzband zwischen 902 MHz und 928 MHz oder zwischen 2,4 GHz und 2,5 GHz erzeugt werden, während die Mikrowellen-Messstrahlung in einem Frequenzband zwi- schen 5,725 GHz und 5,875 GHz erzeugt wird.
Es ist noch eine bei Erwärmung durch Mikrowellen-Nutzstrahlung vorteilhafte Ausgestal- tung, dass ein die Messfrequenzen umfassender Frequenzbereich der Mikrowellen- Messstrahlung und ein Frequenzbereich der Mikrowellen-Nutzstrahlung gleich sind bzw. sich zumindest überlappen. Die erste Messfrequenz und/oder die zweite Messfrequenz können dann Frequenzen entsprechen, die auch von der Mikrowellen-Nutzstrahlung ge- nutzt werden. In diesem Fall werden insbesondere die Mikrowellen-Nutzstrahlung und die Mikrowellen-Messstrahlung zeitlich abwechselnd in den Behandlungsraum eingestrahlt. Diese Ausgestaltung ermöglicht den besonderen Vorteil, dass der während eines Mess- zyklus zur Einstrahlung der Mikrowellen- Messstrahlung verwendete erste und/oder zwei- te Mikrowellen-Sender auch zur Einstrahlung der Mikrowellen-Nutzstrahlung während eines Heizzyklus verwendet werden kann, was einen Aufbau vereinfacht.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Mikrowellen-Messstrahlung auch als (zusätzliche) Mikrowellen-Nutzstrahlung ausgebildet ist bzw. als Mikrowellen-Nutzstrahlung verwendet werden. Die Leistung der Mikrowellen-Messstrahlung ist dann so hoch, dass sie auch eine merkliche Erwärmung des Lebensmittels bzw. Behandlungsguts bewirken können. Dies ergibt den Vorteil, dass nicht nur eine präzise Bestimmung des thermischen Zustands erreicht wird, sondern auch eine Vergleichmäßigung von sog. "Hot Spots" bewirkt wird, also eine insgesamt homogenere Erwärmung des Lebensmittels bzw. Behandlungsguts ermöglicht wird. Dies Ausgestaltung kann unabhängig von der Heizart angewandt werden, ist aber besonders vorteilhaft, falls das Lebensmittel mittels Mikrowellenbestrahlung durch (dedizierte) Mikrowellen-Nutzstrahlung erwärmt wird.
Es ist eine Ausgestaltung, dass
- zu Beginn eines Behandlungsvorgangs die erste Mikrowellen-Messstrahlung und die zweite Mikrowellen-Messstrahlung mit wechselnden ersten und zweiten Mess- frequenzen bei gleichem Frequenzunterschied eingestrahlt werden,
- aus dem Behandlungsraum empfangene überlagerte Mikrowellen-Messstrahlung für jedes (Frequenz-)Paar von gleichzeitig eingestrahlter erster und zweiter Mikro- wellenstrahlung gemessen wird und
- aus den Paaren mindestens ein Paar als ein Messpaar zum folgenden Auswerten bzw. Bestimmen des thermischen Zustands des Lebensmittels ausgewählt wird.
Diese Einstrahlung der Mikrowellen-Messstrahlung zu Beginn des Behandlungsvorgangs kann auch als "Initialscan" bezeichnet werden.
Dieses Verfahren ergibt den Vorteil, dass ein thermischer Zustand eines Lebensmittels in einem Lebensmittel-Erwärmungsgerät besonders schnell und präzise feststellbar ist. Denn eine initiale Auswahl der Messpaare anhand des Initialscans ermöglicht, dass der erwartete Verlauf der gemessenen überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung eine ausrei- chende Dynamik (Veränderungspotential) besitzt, um leicht auswertbar zu sein. Dass die Mikrowellenstrahlung während eines Initialscans mit wechselnden oder unter- schiedlichen (Mess-)Frequenzen in den Behandlungsraum eingestrahlt wird, umfasst ins- besondere, dass Mikrowellenstrahlung mit unterschiedlichen Messfrequenzen zeitlich aufeinanderfolgend in den Behandlungsraum eingestrahlt wird. Dazu können der erste und der zweite Mikrowellen-Sender entsprechend auf die jeweiligen Messfrequenzen ein- gestellt werden. Dies kann auch als ein "Sweep" bezeichnet werden, insbesondere falls die Mikrowellen-Messstrahlung mit zeitlich aufsteigenden oder absteigenden Messfre- quenzen eingestrahlt wird. Beispielsweise können während eines Initialscans zunächst eine erste Mikrowellen-Messstrahlung einer ersten Messfrequenz f1 , und eine zweite Mik- rowellen-Messstrahlung einer zweiten Messfrequenz f2, in den Behandlungsraum einge- strahlt werden. Die beiden Messfrequenzen, f1 , und f2, bilden ein Frequenzpaar P, = fl ,, f2, mit festem Frequenzunterschied Af = f2, - fl ,. Für dieses Frequenzpaar P, wird die Leis- tung des Überlagerungssignals bzw. die Schwebung gemessen. Folgend wird analog für ein nächstes Frequenzpaar Pi+1 mit gleichem Af die Leistung des Überlagerungssignals gemessen, usw. In einer Weiterbildung unterscheiden sich die erste Messfrequenz f1 , und die zweite Messfrequenz f2, aufeinanderfolgender Paare um Af. Beispielsweise kann das Frequenzpaar Pi die Messfrequenzen 5,725 GHz und 5,726 GHz umfassen, das Fre- quenzpaar Pi+1 die Messfrequenzen 5,726 GHz und 5,727 GHz, usw., öder es kann das Frequenzpaar Pi die Messfrequenzen 5,725 GHz und 5,735 GHz umfassen, das Fre- quenzpaar Pi+1 die Messfrequenzen 5,735 GHz und 5,745 GHz, usw.
Unter einem Beginn eines Behandlungsvorgangs kann ein Zeitraum verstanden werden, bei dem noch keine zugehörige Heizleistung in den Behandlungsraum eingestrahlt wird oder worden ist, die gezielt zum Erwärmen des Lebensmittels vorgesehen ist. Auch kann unter einem Beginn eines Behandlungsvorgangs ein Zeitraum verstanden werden, des- sen Beginn mit einem Beginn einer Einbringung von Heizleistung zusammenfällt.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das mindestens eine Messpaar aus der Gesamtheit der zur Auswahl zur Verfügung stehenden oder gestellten Paare danach ausgewählt wird, dass die zugehörige überlagerte Mikrowellen-Messstrahlung bzw. das Überlagerungssig- nal mindestens eines der folgenden Auswahlkriterien erfüllt:
- sie gehört zu einer Gruppe mit höchsten Reflexionsgraden;
- sie gehört zu einer Gruppe mit höchsten Mikrowellenleistungen; io
- sie gehört zu einer Gruppe mit höchsten Schwankungsbreiten;
- sie gehört zu einer Gruppe mit niedrigsten Reflexionsgraden;
- sie gehört zu einer Gruppe mit niedrigsten Mikrowellenleistungen;
- sie gehört zu einer Gruppe mit niedrigsten Schwankungsbreiten;
- ihr Reflexionsgrad oder ihr durchschnittlicher Reflexionsgrad erreicht oder über- schreitet mindestens einen vorgegebenen ersten ("oberen") Schwellwert;
- ihre Mikrowellenleistung oder ihre durchschnittliche empfangene Mikrowellenleis- tung erreicht oder überschreitet mindestens einen vorgegebenen oberen Schwell- wert;
- ihre Schwankungsbreite erreicht oder überschreitet mindestens einen vorgegebe- nen oberen Schwellwert;
- ihr Reflexionsgrad oder ihr durchschnittlicher Reflexionsgrad erreicht oder unter- schreitet mindestens einen vorgegebenen zweiten ("unteren") Schwellwert;
- ihre Mikrowellenleistung oder ihre durchschnittliche Mikrowellenleistung erreicht oder unterschreitet mindestens einen vorgegebenen unteren Schwellwert.
Diese Auswahlkriterien ermöglichen auf besonders einfach erfassbare Weise die Auswahl von Messfrequenzen, mit denen sich der thermische Zustand besonders präzise bestim- men lässt. Jedoch können alternativ oder zusätzlich auch noch andere Auswahlkriterien verwendet werden, z.B. eine Gruppe mit "mittleren" Schwankungsbreiten, Reflexionsgra- den usw.
Ein durchschnittlicher Reflexionsgrad kann ein über einen zeitlichen Verlauf gemittelter Reflexionsgrad sein. Analog kann eine durchschnittliche Mikrowellenleistung ein über ei- nen zeitlichen Verlauf gemittelte Mikrowellenleistung sein.
Eine Gruppe kann ein Element oder Mitglied (d.h., genau ein Messpaar) oder mehrere Elemente oder Mitglieder (d.h., mehrere Messpaare) umfassen. So kann die Gruppe mit höchsten Reflexionsgraden nur das Messpaar mit dem höchsten (ggf. gemittelten) Refle- xionsgrad oder die Messpaare mit den höchsten zwei, drei, ... Reflexionsgraden umfas- sen, usw. Es ist eine Ausgestaltung, dass ein Auftauen und/oder Sieden des Lebensmittels anhand einer sprunghaften Änderung (d.h., einer sprunghaften Verringerung oder eines sprung- haften Anstiegs) der Schwankungsbreite der überlagerten Mikrowellenstrahlung bestimmt wird. Mittels dieser Ausgestaltung wird also der thermische Zustand des Lebensmittels in Form eines Auftauzustands und/oder Siedezustands ermittelt. Die sprunghafte Änderung der Schwankungsbreite ermöglicht eine besonders präzise Feststellung des Auftauzu- stands und/oder Siedezustands. Insbesondere kann dazu ein zeitlicher Verlauf der Schwankungsbreite aufgezeichnet oder bestimmt werden. Verringert oder erhöht sich in dem Verlauf die Schwankungsbreite über einen kurzen Zeitraum merklich, kann für einen Auftauvorgang auf einen Übergang von einem gefrorenen Zustand zu einem aufgetauten Zustand (Phasenübergang von fest zu flüssig) geschlossen werden und/oder für einen Kochvorgang auf ein Sieden von Wasser.
Es ist eine Ausgestaltung, dass mehrere Messpaare ausgewählt werden oder worden sind und der thermische Zustand (z.B. der Auftauzustand oder der Siedezustand) anhand einer über einen zeitlichen Verlauf ermittelten sprunghaften Änderung der Schwankungs- breite pro ausgewähltem Messpaar bestimmt wird. So lässt sich der Auftauzustand be- sonders präzise erfassen. Es können bei Auswertung mehrerer Messpaare also allgemein die Verläufe der Schwankungsbreite separat für jede der ausgewählten Messpaare aus- gewertet werden. Ein thermischer Zustand kann dann daraus bestimmt werden, dass ei- ner oder mehrere der zu unterschiedlichen Messpaaren zugehörigen Verläufe (insbeson- dere aller Verläufe) eine auf einen Phasenübergang hinweisende sprunghafte Änderung der Schwankungsbreite zeigen.
Die sprunghafte Änderung der Schwankungsbreite kann beispielsweise aus einer prozen- tualen Änderung eines Anfangswerts und/oder aus einer zeitlichen Ableitung (Steigung) der Schwankungsbreite bestimmt werden. Beispielsweise kann auf einen auftauenden oder aufgetauten Zustand geschlossen werden, wenn eine prozentuale Änderung der Schwankungsbreite innerhalb eines vorgegebenen kurzen Zeitraums (z.B. von 5, 10, 20 oder 30 Sekunden) einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder minimal oder maximal wird und/oder eine Steigung der Schwankungsbreite einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder in absoluten Werten maximal wird. Dies kann analog z.B. auf einen Siede- zustand angewandt werden. Es ist eine Ausgestaltung, dass Heizleistung während eines Behandlungsvorgangs mit m (m > 2) unterschiedlichen vorgegebenen Sätzen von Heizparametern in den Behand- lungsraum einbringbar ist, wobei die Heizleistung für unterschiedliche Sätze von Heizpa- rametern in dem Behandlungsraum befindliches Lebensmittel lokal unterschiedlich er- wärmt und bei dem
a) die Heizleistung mit einem der Sätze von Heizparametern eingestrahlt wird und ein zeitlicher Verlauf mindestens einer Schwebungseigenschaft der überlagerten Mik- rowellen-Messstrahlung bestimmt wird,
b) dann, wenn für diesen Behandlungsabschnitt mittels des Verlaufs der mindestens einen Schwebungseigenschaft ein vorgegebener thermischer Zustand des Le- bensmittels erkannt wird, folgend
c) die Schritte a) und b) für Heizleistung mit mindestens einem anderen der Sätze der Heizparameter wiederholt werden.
Diese Ausgestaltung ergibt den Vorteil, dass das Lebensmittel besonders gleichmäßig behandelbar (z.B. auftaubar oder zum Garen oder Sieden bringbar) ist, da durch die Ver- änderung der Heizparameter die Verteilung der Energieeinbringung in das Lebensmittel verändert wird und dadurch besonders gleichmäßig Leistung in das Lebensmittel einge- bracht wird. So kann besonders zuverlässig ein großvolumiges Lebensmittel gleichmäßig behandelt werden. Der Behandlungsvorgang kann eine zeitliche Abfolge mehrerer Be- handlungsabschnitte mit unterschiedlichen Heizparametern aufweisen oder umfassen.
Die Heizleistung entspricht der Heizleistung, die dazu vorgesehen ist, das Lebensmittel zu erwärmen, während der Mikrowellen-Messstrahlung keine oder eine nur vernachlässigbar geringe Heizleistung zugeordnet ist. Dies kann so umgesetzt werden, dass die Mikrowel- len-Messstrahlung mit geringer Leistung und/oder nur während kurzer Zeitdauer in den Behandlungsraum eingestrahlt wird. Falls ein Messzyklus eine nur kurze Zeitspanne in Anspruch nimmt (z.B. von weniger als einer Sekunde), kann dieser optional auch auf dem Leistungsniveau der Heizleistung vorgenommen werden, da in dieser kurzen Zeitspanne keine signifikante Änderung des Behandlungsguts durch den Messvorgang stattfindet.
Die Heizleistung kann - je nach Ausgestaltung des Lebensmittel-Erwärmungsgeräts - z.B. eine Mikrowellenleistung, eine durch elektrische Widerstandsheizkörper erzeugte Heizleistung, usw. umfassen. Unter Heizparametern können allgemein sämtliche Geräte- Parameter verstanden werden, welche eine lokale Verteilung der Heizleistung in dem Be- handlungsraum beeinflussen oder einstellen. Die Heizparameter können daher auch als Heizleistungs-Lokalisierungsparameter bezeichnet werden.
Die während eines Behandlungsabschnitts angelegten oder verwendeten Heizparameter brauchen jedoch bis zum Erkennen des thermischen Zustands nicht konstant zu sein und können dynamisch und sich z.B. auch nicht wiederholend ermittelt werden. Ein Satz von Heizparametern kann also eine Gruppe konstanter oder eine Gruppe nicht-konstanter Heizparameter umfassen. Die Heizparameter eines Satzes können vorgegeben oder dy- namisch angepasst werden.
Für den Fall einer Einstrahlung von Mikrowellen-Nutzleistung können die Heizparameter beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Parameter umfassen:
- Frequenz,
- Phase,
- Amplitude,
- Antennenstellung,
- Wobblerfrequenz.
Für den Fall einer Einbringung von Wärme durch Einstrahlung von weiterer elektromagne- tischer Energie kann es sich um die Einbringung von elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz von nicht mehr als 900 MHz handeln, insbesondere um Strahlung mit ei- ner Frequenz zwischen 1 MHz und 900 MHz, insbesondere in einem Bereich zwischen 30 und 50 MHz.
Für den Fall einer Einbringung von Wärme durch mindestens einen Widerstandsheizkör- per können die Heizparameter beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Parame- ter umfassen:
- Art der Heizkörperaktivierung (Oberhitze, Unterhitze, Heißluft usw. oder eine Kombination davon),
- Aktivierung eines Umluftlüfters.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Behandlungsvorgang beendet wird, wenn - die Schritte a) und b) für alle m Sätze von Mikrowellen-Parametern durchgeführt worden sind; und/oder
- wenn in mindestens einem der Schritte b) bereits anfänglich ein nach oder mit ei- nem Erwärmen vorgesehener thermischer Zustand festgestellt wird oder worden ist.
Dass in Schritt b) anfänglich ein nach oder mit einem Erwärmen vorgesehener thermi- scher Zustand festgestellt wird oder worden ist, kann z.B. für den Fall eines Auftauzu- stands als dem thermischen Zustand umfassen, dass in Schritt b) in einem der Behand- lung dienenden Auftauabschnitt anfänglich ein bereits aufgetauter Zustand festgestellt wird oder worden ist. Dies kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, dass die Schwankungsbreite der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung (d.h., der gemessenen Leistung und/oder des Reflexionsgrads) zu Beginn des Auftauabschnitts merklich geringer oder höher ist als ein vorgegebener Schwellwert, wobei Werte oberhalb bzw. unterhalb dieses Schwellwerts einem gefrorenen Zustand entsprechen. Der Schwellwert kann empi- risch bestimmt und vorgegeben worden sein oder zu Beginn des Auftauvorgangs be- stimmt worden sein, z.B. während der Initialmessung. Dies kann analog auch auf andere thermische Zustände von Lebensmitteln angewandt werden. Diese Überlegungen können analog auf einen Kochvorgang bzw. einen Siedezustand angewandt werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Schritte a) bis c) für alle m Sätze von Mikrowellen- Parametern mehrfach durchgeführt werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass in Schritt b) dann, wenn im Verlauf eines Auftauabschnitts ein aufgetauter Zustand (bzw. eine Phasenänderung von fest zu flüssig) erkannt wird oder worden ist, die Heizleistung verringert wird, bis ein Wiedergefrieren bestimmt oder erkannt wird, und folgend Schritt c) ausgeführt wird. Durch die Verringerung der Heizleistung wird ein Wiedergefrieren eines lokal besonders erwärmten Bereichs des Lebensmittels durch seine ggf. noch gefrorene Umgebung ermöglicht. Die Veränderung der Heizparameter zusammen mit dem Feststellen eines Wiedergefrierens ergibt insbesondere den Vorteil, dass viele Zonen in dem Lebensmittel erzeugt werden können, deren Wasseranteile nach dem Wiedergefrieren unmittelbar vor dem Auftauen bzw. vor einem Phasenübergang von fest zu flüssig stehen. Das Wiedergefrieren kann z.B. anhand eines auf die sprunghafte Änderung der Schwankungsbreite der empfangenen Mikrowellen-Messstrahlung folgen- den gegenläufigen Änderung (z.B. eines Wiederanstiegs) der Schwankungsbreite erkannt werden. Das Wiedergefrieren hat den Sinn, zu warme Bereiche, die schon flüssig sind, wieder fest werden zu lassen, damit nicht bereits flüssige Bereiche aufgrund der höheren Absorptionsfähigkeit von Wasser gegenüber Eis bei Mikrowellenbestrahlung noch weiter überproportional erwärmt werden. Dadurch wird eine gleichmäßigere Temperatu rvertei- lung in dem Behandlungsgut erreicht.
Dass die Heizleistung mit dem Erkennen der Auftauung in Schritt b) verringert wird, kann umfassen, dass die Heizleistung ausgeschaltet bzw. auf null verringert wird.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Auftauvorgang beendet wird, wenn für mindestens einen der Auftauabschnitte kein Wiedergefrieren mehr erkannt wird.
Es ist eine Ausgestaltung, dass dann, wenn für einen Auftauabschnitt ein aufgetauter bzw. ein im Auftauen befindlicher Zustand erkannt wird, die Energie der Mikrowellen- Messstrahlung bis zum Ende dieses Auftauabschnitts verringert wird. So kann ein das Wiedergefrieren verzögernder oder verhindernder Effekt der Mikrowellen-Messstrahlung unterdrückt werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass in Schritt a) während eines Auftauabschnitts des Auftau- vorgangs eine hohe Heizleistung eingestrahlt wird. Die hohe Heizleitung kann eine maxi- male Heizleistung oder ein hoher prozentualer Anteil der maximalen Heizleistung (z.B. in Höhe von 70%, 80% oder 90% der maximalen Heizleistung) sein. Diese Weiterbildung ergibt den Vorteil, dass das Auftauen besonders schnell erfolgen kann.
Es ist eine Weiterbildung, dass dann, wenn ein aufgetauter Zustand erkannt worden ist, zusätzlich für eine kurze Zeit Heizleistung in den Behandlungsraum eingebracht wird, um den aufgetauten Zustand besonders zuverlässig sicherstellen zu können. Insbesondere kann so der Auftauzustand des Lebensmittels von einem Zustand kurz vor einem Auftau- en zu einem aufgetauten Zustand besonders zuverlässig bewirkt werden.
Es ist eine für die Einstrahlung von Mikrowellen-Nutzleistung besonders bevorzugte Aus- gestaltung, dass Mikrowellen-Nutzstrahlung mit m (m > 2) unterschiedlichen vorgegebe- nen Sätzen von Mikrowellenparametern in den Behandlungsraum einstrahlbar ist und dass
- in Schritt a) die Mikrowellen-Nutzstrahlung mit einem der Sätze von Mikrowellen- parametern eingestrahlt wird und ein zeitlicher Verlauf mindestens einer Schwan- kungseigenschaft, insbesondere einer Schwankungsbreite, der überlagerten Mik- rowellen-Messstrahlung bestimmt wird,
- in Schritt b) dann, wenn für diesen Behandlungsabschnitt mittels des Verlaufs der mindestens einen Schwankungseigenschaft, insbesondere Schwankungsbreite, ein vorgegebener thermischer Zustand erkannt wird, folgend
- in Schritt c) die Schritte a) und b) für Mikrowellen-Nutzstrahlung mit mindestens einem anderen der Sätze von Mikrowellenparametern wiederholt wird.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Lebensmittel-Erwärmungsgerät, welches dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ablaufen zu lassen.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Lebensmittel-Erwärmungsgerät mindestens aufweist:
- mindestens einen Mikrowellen-Sender zum Einstrahlen der ersten Mikrowellen- Messstrahlung und der zweiten Mikrowellen-Messstrahlung in den Behandlungs- raum;
- mindestens eine Mikrowellen-Messvorrichtung zum Messen von aus der ersten und zweiten Mikrowellen-Messstrahlung überlagerter Mikrowellen-Messstrahlung und
- eine Datenverarbeitungsvorrichtung zum Bestimmen mindestens eines thermi- schen Zustands von in dem Behandlungsraum befindlichem Lebensmittel anhand einer Auswertung mindestens einer Schwebungseigenschaft der überlagerten Mik- rowellen-Messstrahlung.
Das Lebensmittel-Erwärmungsgerät kann analog zu dem Verfahren ausgebildet werden und weist die gleichen Vorteile auf.
Die Mikrowellen-Messstrahlung kann über einen oder mehrere Kanäle in den Behand- lungsraum eingestrahlt werden. Auch kann die überlagerte Mikrowellen-Messstrahlung über einen oder mehrere Kanäle gemessen werden. Es ist eine platzsparende Weiterbildung, dass die erste Mikrowellen-Messstrahlung mittels eines ersten Mikrowellen-Senders in den Behandlungsraum eingebracht wird, während die zweite Mikrowellen-Messstrahlung mittels eines zweiten Mikrowellen-Senders in den Behandlungsraum eingebracht wird und die beiden Mikrowellen-Sender eine zumindest abschnittsweise gemeinsam genutzte Mikrowellenführung aufweisen. Dazu können die von dem ersten und die von dem zweiten Mikrowellengenerator erzeugten Mikrowellen durch einen Kombinierer oder "Combiner" zusammengeführt werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass die erste Mikrowellen-Messstrahlung und die zweite Mik- rowellen-Messstrahlung mittels eines einzigen ("Kombinations-") Mikrowellen-Senders, der voneinander räumlich getrennte Antennen aufweist, in den Behandlungsraum einge- bracht wird. So wird der Vorteil einer platzsparenden und preiswerten Anordnung erreicht. Diese Weiterbildung kann beispielsweise so umgesetzt sein, dass das von dem Mikrowel- lengenerator erzeugte Mikrowellensignal der ersten Messfrequenz in einen ersten Zweig, der zu der ersten Antenne führt, und in einen zweiten Zweig, der zu der zweiten Antenne führt, aufgespalten wird. Während das zu der ersten Antenne geführte Mikrowellensignal nicht aktiv frequenzverändert wird, wird das zu der zweiten Antenne geführte Mikrowel- lensignal auf die zweite Messfrequenz umgesetzt, z.B. mittels eines Frequenzteilers und/oder Frequenzmultiplizierers.
Es ist eine - auch auf die oben beschriebenen Gestaltungsformen von Mikrowellen- Sender(n) anwendbare - Weiterbildung, dass die erste Mikrowellen-Messstrahlung und die zweite Mikrowellen-Messstrahlung mittels einer einzigen Antenne abgestrahlt werden.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann in eine Steuereinrichtung des Lebensmittel- Erwärmungsgeräts integriert sein bzw. kann die Steuereinrichtung eine Datenverarbei- tungsfunktion zur Durchführung des Verfahrens aufweisen. Insbesondere in diesem Fall kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Mikrowellen-Sender anzusteuern, z.B. im Hinblick auf dessen Mikrowellenleistung und ggf. die bei der Einstrahlung der Mik- rowellen verwendeten Mikrowellen-Parameter.
Für den Fall, dass das Lebensmittel-Erwärmungsgerät Mikrowellen-Nutzleistung zum Er- wärmen des Lebensmittels in den Behandlungsraum einstrahlt, kann mindestens ein Mik- rowellen-Sender zur Einstrahlung von Mikrowellen-Messstrahlung dem Mikrowellen- Sender zur Einstrahlung der Mikrowellen-Nutzleistung entsprechen, oder es kann ein wei- terer Mikrowellen-Sender zur Einstrahlung der Mikrowellen-Nutzleistung vorhanden sein.
Für den Fall einer Einbringung von Wärme durch mindestens einen Widerstandsheizkör- per kann das Haushaltsgerät beispielsweise ein oder mehrere der folgenden Komponen- ten oder Bauteile enthalten:
- Oberhitzeheizkörper,
- Grillheizkörper,
- Unterhitzeheizkörper,
- Ringheizkörper einer Umluftheizung,
- Umluftlüfter.
Für den Fall einer Einbringung von Dampf zur Erwärmung eines Behandlungsguts kann das Haushaltsgerät einen Dampferzeuger aufweisen, z.B. einen außerhalb des Behand- lungsraums vorhandenen Dampferzeuger, eine erhitzbare Wasserschale innerhalb des Behandlungsraums usw.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbei- spiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.
Fig.1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein mögliches erfindungsgemäßes
Lebensmittel-Erwärmungsgerät;
Fig.2 zeigt eine Auftragung eines zeitlichen Verlaufs eines an zwei Messkanälen gemessenen Reflexionsgrads einer überlagerten Mikrowellenmessstrahlung für einen Auftauvorgang;
Fig.3 zeigt eine Auftragung eines Verlaufs einer Schwankungsbreite gegen die Zeit des in Fig.2 gemessenen Reflexionsgrads;
Fig.4 zeigt ein Ablaufdiagramm für einen möglichen Betrieb des Lebensmittel- Erwärmungsgeräts aus Fig.1 ; Fig.5 zeigt eine Auftragung eines zeitlichen Verlaufs eines an zwei Messkanälen gemessenen Reflexionsgrads einer überlagerten Mikrowellenmessstrahlung für einen Kochvorgang;
Fig.6 zeigt eine Auftragung eines Verlaufs einer Schwankungsbreite gegen die Zeit des in Fig.5 gemessenen Reflexionsgrads.
Fig.1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein mögliches erfindungsgemäßes Le- bensmittel-Erwärmungsgerät in Form eines als Gargerät dienenden Mikrowellenofens 1. Der Mikrowellenofen 1 weist einen Garraum 2 auf, der mit Lebensmitteln L (d.h., einem oder mehreren Lebensmitteln) beschickbar ist.
Der Mikrowellenofen 1 weist einen ersten Mikrowellen-Sender 3a mit einem Mikrowellen- generator 4 (z.B. einem Magnetron) und einer Antenne 5 auf. Von dem Mikrowellengene- rator 4 erzeugte erste Mikrowellen MW1 werden über die Antenne 5 in den Garraum 2 eingespeist. Der Mikrowellenofen 1 weist ferner einen zweiten Mikrowellen-Sender 3b mit einem Mikrowellengenerator (o. Abb.) und einer Antenne (o. Abb.) auf. Von dem Mikro- wellengenerator 4 erzeugte zweite Mikrowellen MW2 werden über dessen Antenne in den Garraum 2 eingespeist.
Eine Steuereinrichtung 6 steuert die Mikrowellen-Sender 3a, 3b an und kann insbesonde- re die Mikrowellengeneratoren 4 anweisen, die ersten und zweiten Mikrowellen MW1 , MW2 mit bestimmten Mikrowellenparametern zu erzeugen, z.B. in Bezug auf deren Mik- rowellenfrequenz, Phase und/oder Amplitude. Auch kann die Steuereinrichtung 6 dazu eingerichtet sein, eine Drehung der Antennen 5 zu steuern.
Die Antennen 5 ist ferner mit jeweiligen Mikrowellen-Messvorrichtungen 7a, 7b gekoppelt, die über die Antennen 5 aus dem Garraum 2 empfangene Mikrowellenstrahlung messen. Die Mikrowellen-Messvorrichtungen 7a, 7b können dazu jeweils ein Bolometer umfassen.
Die Mikrowellen-Messvorrichtungen 7a, 7b sind ferner mit der Steuereinrichtung 6 gekop- pelt, um von den Mikrowellen-Messvorrichtungen 7a, 7b erzeugte Messdaten, welche ein Maß für die Leistung der empfangenen Mikrowellenstrahlung darstellen, auf die Steuer- einrichtung 6 zu übertragen. Die Steuereinrichtung 6 ist zudem als eine Datenverarbei- tungsvorrichtung ausgebildet, um die Messdaten zu verarbeiten (z.B. um daraus einen Reflexionsgrad R zu bestimmen), einen thermischen Zustand wie einen Auftauzustand und/oder einen Siedezustand zu bestimmen und den Mikrowellenofen 1 zu steuern, bei- spielsweise die Mikrowellen-Sender 3a, 3b entsprechend anzusteuern.
Insbesondere kann die Steuereinrichtung 6 dazu eingerichtet sein, die Mikrowellen- Sender 3a, 3b abwechselnd in einem Messzyklus und in einem Heizzyklus zu betreiben. Während eines Heizzyklus werden der erste Mikrowellen-Sender 3a und/oder der zweite Mikrowellen-Sender 3b betrieben, um das Lebensmittel L zu erwärmen. Während eines Messzyklus wird der erste Mikrowellen-Sender 3a so betrieben, dass er eine erste Mikro- wellen-Messstrahlung MW1 einer ersten Messfrequenz f1 in den Garraum 2 einstrahlt und der zweite Mikrowellen-Sender 3a so betrieben, dass er eine zweite Mikrowellen- Messstrahlung MW2 mit einer zur ersten Messfrequenz f1 unterschiedlichen, aber nahe an der ersten Messfrequenz f1 liegenden zweiten Messfrequenz MW2 in den Garraum 2 einstrahlt. Ein Frequenzunterschied Af = f2 - f 1 kann z.B. 1 MHz betragen. In dem Mess- zyklus kann die überlagerte Mikrowellen-Messstrahlung an beiden Messvorrichtungen 7a, 7b gemessen werden.
Die Steuereinrichtung 6 ist dazu eingerichtet, den thermischen Zustand des Lebensmittels L anhand einer Auswertung mindestens einer Schwebungseigenschaft der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung zu bestimmen, z.B. aus den Messwerten bzw. Überlage- rungssignalen als solchen oder aus dem Reflexionsgrad. Die mindestens eine Schwe- bungseigenschaft kann insbesondere eine Schwankungsbreite sein.
Fig.2 zeigt eine Auftragung eines zeitlichen Verlaufs eines Reflexionsgrads R bzw. eines Reflexionskoeffizienten (in beliebigen Einheiten) der überlagerten Mikrowellen- Messstrahlung gegen die Zeit t in Minuten für einen Auftauvorgang oder Auftauabschnitt, und zwar für die zu beiden Mikrowellen-Messvorrichtungen 7a, 7b gehörigen Messkanäle K1 und K2. Die zu den Messkanälen K1 und K2 zugehörigen Reflexionsgrade R weisen jeweilige Schwankungsbreiten B auf.
Fig.3 zeigt eine Auftragung eines zeitlichen Verlaufs der aus Fig.2 ermittelten oder be- stimmten Schwankungsbreite B der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung gegen die Zeit t für beide Messkanäle K1 und K2. Während des Auftauvorgangs wird Mikrowellen-Nutzstrahlung in den Garraum 2 einge- strahlt, um das Lebensmittel L zu erwärmen. Solange das Lebensmittel L noch gefroren bzw. noch nicht aufgetaut ist, ändert sich eine Schwankungsbreite B des aus der überla- gerten Mikrowellen-Messstrahlung bestimmten Reflexionsgrads R nur geringfügig. Mit dem Phasenübergang des Wassers in dem Lebensmittel L von gefroren zu flüssig (Auftauung) sinkt die Schwankungsbreite B über ihren zeitlichen Verlauf V sprunghaft bzw. in kurzer Zeit (z.B. innerhalb von 10 oder 20 Sekunden) stark ab, wie hier zwischen t = 4 min und t = 5 min in dem Phasenübergangs-Zeitbereich PZ dargestellt. Dieser sprunghafte Abfall der Schwankungsbreite(n) B lässt sich klar erkennen.
Falls die Mikrowellen-Nutzstrahlung das Lebensmittel L nicht gleichmäßig durchdringt, kann es Vorkommen, dass der sprunghafte Abfall der Schwankungsbreite B aufgrund ei- nes nur lokalen Phasenübergangs bzw. einer nur lokalen Auftauung bewirkt wird, so dass Teilbereiche des Lebensmittels L bereits aufgetaut sind, während andere Teilbereiche des Lebensmittels L sich noch in einem gefrorenen (Auftau-)Zustand befinden.
Insbesondere kann zum Beginn eines Auftauvorgangs ein Initialscan über alle von den Mikrowellengenerator 4 genutzten oder nutzbaren Frequenzpaare f 1 , f2 der Mikrowellen- Messstrahlung MW1 , MW2 durchgeführt werden. Dabei wird die Mikrowellen- Messstrahlung MW1 , MW2 für alle möglichen Frequenzpaare f 1 , f2 zeitlich versetzt ein- gestrahlt und deren überlagerte Reflexion durch die Mikrowellen-Messvorrichtungen 7a, 7b gemessen. Für jedes der Paare von Mikrowellen-Messfrequenzen f 1 , f2 kann dafür z.B. ein Zeitfenster von 100 ms bereitgestellt werden. Die Steuereinrichtung 6 wählt da- raus mindestens ein Messpaar, insbesondere mehrere Messpaare, anhand mindestens eines hinterlegten Auswahlkriteriums zur folgenden Nutzung als Messpaar(e) aus.
Der Auftauzustand des Lebensmittels L wird folgend anhand einer Auswertung der Schwankungsbreite B nur noch des mindestens einen Messpaars bestimmt. Beispielswei- se kann dazu während eines Auftauvorgangs abwechselnd Mikrowellen-Nutzstrahlung und Mikrowellen-Messstrahlung in den Garraum 2 eingestrahlt werden.
In einer Variante, bei der mehrere Messfrequenzen ausgewählt worden sind, können die Mikrowellen-Messstrahlungen für unterschiedliche Messpaare einzeln ausgewertet wer- den und das Erreichen des Phasenübergangs durch Abfall des Reflexionsgrads R bei einer, mehreren oder allen Messfrequenzen erkannt werden.
Fig.4 zeigt ein Ablaufdiagramm für einen möglichen Betrieb des Lebensmittel- Erwärmungsgeräts 1.
In einem ersten Schritt S1 wird gesteuert durch die Steuereinrichtung 6 ein Initialscan durchgeführt, indem zum Beginn eines Auftauvorgangs mittels der Mikrowellen-Sender 3a, 3b Mikrowellen-Messstrahlung MW1 , MW2 mit unterschiedlichen Paaren von Mess- frequenzen f 1 , f2 in den Garraum 2 eingestrahlt wird und mittels der Mikrowellen- Messvorrichtungen 7a, 7b jeweils eine Leistung der überlagerten Mikrowellen- Messstrahlung für jedes der eingestrahlten Frequenzpaare gemessen wird.
In einem zweiten Schritt S2 wird anhand der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung durch die Steuereinrichtung 6 mindestens ein Messpaar ausgewählt.
In einem dritten Schritt S3 wird, gesteuert durch die Steuereinrichtung 6, die Mikrowellen- Nutzstrahlung in einem ersten Auftauabschnitt mit einem ersten Satz von Mikrowellen- Parametern aus einer Gruppe von m (m > 2) Mikrowellen-Parametern in den Garraum 2 eingestrahlt, bis ein Phasenübergang festgestellt wird, z.B. anhand einer starken Verän- derung des Reflexionsgrads R aus einem zeitlichen Verlauf V der Reflexionsgrade R. In diesem ersten Auftauabschnitt wechseln sich dazu die Einstrahlung der Mikrowellen- Nutzstrahlung und der Mikrowellen-Messstrahlung mehrfach ab, um den Verlauf V der Schwankungsbreite B mit hoher zeitlicher Auflösung aufnehmen zu können. Die Mikrowel- len-Nutzstrahlung wird dabei mit hoher Leistung eingestrahlt, insbesondere mit maximaler Leistung.
In einem vierten Schritt S4 wird dann, wenn ein Phasenübergang bzw. ein aufgetauter Zustand anhand des Verlaufs V der Schwankungsbreite B erkannt wird oder worden ist, die Heizleistung auf null gesetzt, bis anhand des Verlaufs V ein Wiedergefrieren bestimmt wird, z.B. durch einen auf den Phasenübergang folgenden merklichen Anstieg der Schwankungsbreite B. Folgend können die Schritte S3 und S4 für alle anderen vorgegebenen m Sätze von Mik- rowellen-Parametern wiederholt werden, wie durch Schritt S5 angedeutet, alternativ nur für einige der Sätze.
Der Auftauvorgang kann z.B. in einem Schritt S6 beendet werden, wenn
- die Schritte S3 und S4 für alle m oder einige vorgegebene Sätze von Mikrowellen- Parametern durchgeführt worden sind;
- in mindestens einem der Schritte S4 kein Wiedergefrieren mehr festgestellt wor- den ist; und/oder
- wenn in mindestens einem der Schritte S3 anfänglich kein gefrorener Zustand festgestellt worden ist.
Die Schritte S3 bis S5 können auch mehrfach durchlaufen werden, insbesondere wenn auch noch bei dem letzten der vorgegebenen Sätze von Mikrowellen-Parametern der Mik- rowellen-Nutzstrahlung ein Wiedergefrieren festgestellt wird oder worden ist.
Optional kann sich dem Schritt S6 noch ein Schritt S7 anschließen, in dem das Lebens- mittel L durch Mikrowellen-Nutzstrahlung zeitlich kurz bestrahlt wird ("Heizstoß"), z.B. um das Vorliegen kleiner gefrorener Bereiche zu beseitigen und/oder um das Lebensmittel L besonders zuverlässig in einen vollständig aufgetauten Zustand zu überführen.
Fig.5 zeigt eine Auftragung eines zeitlichen Verlaufs eines Reflexionsgrads R bzw. eines Reflexionskoeffizienten (in beliebigen Einheiten) der überlagerten Mikrowellen- Messstrahlung gegen die Zeit t in Minuten für einen Kochvorgang, und zwar für die zu beiden Mikrowellen-Messvorrichtungen 7a, 7b gehörigen Messkanäle K1 und K2. Die zu den Messkanälen K1 und K2 zugehörigen Reflexionsgrade R weisen jeweilige Schwan- kungsbreiten B auf. Die Messfrequenzen betragen hier beispielhaft f1 = 2461 MHz und f2 = 2462 MHz. Erwärmt werden 200 ml 0,8-prozentiges Salzwasser in einem Teller.
Fig.6 zeigt eine Auftragung eines zeitlichen Verlaufs der aus Fig.2 ermittelten oder be- stimmten Schwankungsbreite B der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung gegen die Zeit t für beide Messkanäle K1 und K2. Auch während des Kochvorgangs kann z.B. Mikrowellen-Nutzstrahlung in den Garraum 2 eingestrahlt werden, um das Lebensmittel L zu erwärmen. Solange das Lebensmittel L noch nicht siedet, ändert sich eine Schwankungsbreite B des aus der überlagerten Mikro- wellen-Messstrahlung bestimmten Reflexionsgrads R eher gering. Mit Einsetzen des Sie- dens des Wasser Wassers erhöht sich die Schwankungsbreite B des Reflexionsgrads R über ihren zeitlichen Verlauf V sprunghaft bzw. in kurzer Zeit (z.B. innerhalb von 10 Se- kunden), wie hier kurz nach t = 4 min gezeigt. Dieser sprunghafte Anstieg der Schwan- kungsbreite(n) B lässt sich klar erkennen und auswerten, z.B. für eine folgende Steuerung der Heizleistung.
Der Kochvorgang kann zumindest teilweise analog zu dem Auftauvorgang ausgebildet werden, z.B. unter Nutzung eines Initialscans, durch Auswahl eines oder mehrerer Mess- paare und/oder durch Einstrahlung von Heizleistung unterschiedlicher Heizparameter usw.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbei- spiel beschränkt.
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden wer- den, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Tole- ranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste
1 Mikrowellenofen
2 Garraum
3 Mikrowellen-Sender
4 Mikrowellengenerator
5 Antenne
6 Steuereinrichtung
7 Mikrowellen-Messvorrichtung
K1 Erster Messkanal
K2 Zweiter Messkanal
L Lebensmittel
PZ Phasenübergangs-Zeitbereich
B Schwankungsbreite
S1-S7 Verfahrensschritte
t Zeit
V Verlauf

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (S1-S7) zum Betreiben eines Lebensmittel-Erwärmungsgeräts (1 ), bei dem
gleichzeitig eine erste Mikrowellen-Messstrahlung (MW1 ) einer ersten Mess- frequenz (f1 ) und eine zweite Mikrowellen-Messstrahlung (MW2) einer zu der ersten Messfrequenz (f1 ) unterschiedlichen zweiten Messfrequenz (f2) in ei- nen Behandlungsraum (2) des Lebensmittel-Erwärmungsgeräts (1 ) einge- strahlt wird,
aus dem Behandlungsraum (2) empfangene überlagerte Mikrowellen- Messstrahlung gemessen wird und
ein thermischer Zustand von in dem Behandlungsraum (2) befindlichem Le- bensmittel (L) anhand einer Auswertung mindestens einer Schwebungseigen- schaft (B) der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung bestimmt wird.
2. Verfahren (S1-S7) nach Anspruch 1 , bei dem der Zustand des Lebensmittels (L) anhand einer Änderung der Schwankungsbreite (B) der überlagerten Mikrowellen- Messstrahlung bestimmt wird.
3. Verfahren (S1-S7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Fre- quenzunterschied der ersten Messfrequenz (f1 ) und der zweiten Messfrequenz (f2) zwischen 1 Hz und 10 MHz liegt.
4. Verfahren (S1-S7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
die überlagerte Mikrowellen-Messstrahlung an mindestens zwei unterschiedli- chen Positionen gemessen wird und
der thermische Zustand des Lebensmittels (L) anhand einer Auswertung min- destens einer Schwebungseigenschaft (B) der an den mindestens zwei unter- schiedlichen Positionen gemessenen überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung bestimmt wird.
5. Verfahren (S1-S7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Mikrowellen-Messstrahlung (MW1 ) und die zweite Mikrowellen-Messstrahlung (MW2) kontinuierlich in den Behandlungsraum (2) eingestrahlt werden.
6. Verfahren (S1-S7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Mikrowellen-Messstrahlung (MW1 ) und die zweite Mikrowellen-Messstrahlung (MW2) abwechselnd mit Heizleistung zum Erwärmen des Lebensmittels (L) in den Behandlungsraum (2) eingebracht werden.
7. Verfahren (S1-S7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Le- bensmittel-Erwärmungsgerät (1 ) dazu eingerichtet ist, in dem Behandlungsraum (2) befindliche Lebensmittel (L) mittels mindestens einer der folgenden Heizarten zu erwärmen:
Mikrowellenbestrahlung durch Mikrowellen-Nutzstrahlung;
Einstrahlung von weiterer elektromagnetischer Energie
Wärmestrahlung durch mindestens einen Widerstandsheizkörper;
Wärmebehandlung durch Heißlufteinbringung und/oder Dampfeinbringung.
8. Verfahren (S1-S7) nach Anspruch 7, bei dem in dem Behandlungsraum (2) befind- liche Lebensmittel (L) mittels Mikrowellen-Nutzstrahlung erwärmbar sind und bei dem ein die Messfrequenzen (f 1 , f2) umfassender Frequenzbereich der Mikrowel- len-Messstrahlung (MW1 , MW2) und ein Frequenzbereich der Mikrowellen- Nutzstrahlung unterschiedlich sind.
9. Verfahren (S1-S7) nach Anspruch 8, bei dem in dem Behandlungsraum (2) befind- liche Lebensmittel (L) mittels Mikrowellen-Nutzstrahlung erwärmbar sind und bei dem ein die Messfrequenzen (f 1 , f2) umfassender Frequenzbereich der Mikrowel- len-Messstrahlung (MW1 , MW2) und ein Frequenzbereich der Mikrowellen- Nutzstrahlung gleich sind.
10. Verfahren (S1-S7) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Mikrowellen- Messstrahlung auch als Mikrowellen-Nutzstrahlung ausgebildet ist.
1 1. Verfahren (S1-S7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Beginn eines Behandlungsvorgangs die erste Mikrowellen-Messstrahlung (MW1 ) und die zweite Mikrowellen-Messstrahlung (MW2) mit wechselnden ersten und zweiten Messfrequenzen (f1 , f2) bei gleichem Frequenzunter- schied eingestrahlt werden,
aus dem Behandlungsraum (2) reflektierte überlagerte Mikrowellen- Messstrahlung für jedes Paar von gleichzeitig eingestrahlter erster und zweiter Mikrowellenstrahlung (MW1 , MW2) gemessen wird und
aus den Paaren mindestens ein Paar als ein Messpaar zum folgenden Be- stimmen des thermischen Zustands des Lebensmittels (L) ausgewählt wird.
12. Verfahren (S1-S7) nach Anspruch 11 , bei dem das mindestens eine Messpaar danach ausgewählt wird, dass die zugehörige reflektierte überlagerte Mikrowellen- Messstrahlung mindestens eines der folgenden Auswahlkriterien erfüllt:
sie gehört zu einer Gruppe mit höchsten Reflexionsgraden;
sie gehört zu einer Gruppe mit höchsten Mikrowellenleistungen;
sie gehört zu einer Gruppe mit höchsten Schwankungsbreiten (B); sie gehört zu einer Gruppe mit niedrigsten Reflexionsgraden;
sie gehört zu einer Gruppe mit niedrigsten Mikrowellenleistungen; sie gehört zu einer Gruppe mit niedrigsten Schwankungsbreiten (B); ihr Reflexionsgrad oder ihr durchschnittlicher Reflexionsgrad erreicht oder überschreitet mindestens einen vorgegebenen oberen Schwellwert; ihre reflektierte Mikrowellenleistung oder ihre durchschnittliche reflektierte Mik- rowellenleistung erreicht oder überschreitet mindestens einen vorgegebenen oberen Schwellwert;
ihre Schwankungsbreite (B) erreicht oder überschreitet mindestens einen vor- gegebenen oberen Schwellwert;
ihr Reflexionsgrad oder ihr durchschnittlicher Reflexionsgrad erreicht oder un- terschreitet mindestens einen vorgegebenen unteren Schwellwert; ihre reflektierte Mikrowellenleistung oder ihre durchschnittliche reflektierte Mik- rowellenleistung erreicht oder unterschreitet mindestens einen vorgegebenen unteren Schwellwert.
13. Verfahren (S1-S7) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, bei dem ein Auftauen und/oder Sieden des Lebensmittels (L) anhand einer sprunghaften Änderung der Schwankungsbreite (B) der überlagerten Mikrowellenstrahlung bestimmt wird.
14. Verfahren (S1-S7) nach Anspruch 13 mit einem der Ansprüche 11 bis 12, bei dem mehrere Messpaare ausgewählt werden und das Auftauen anhand einer über ei- nen zeitlichen Verlauf (V) ermittelten sprunghaften Änderung der Schwankungs- breite (B) pro ausgewähltem Messpaar bestimmt wird.
15. Verfahren (S1-S7) (S1-S7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Heizleistung während eines Behandlungsvorgangs mit m (m > 2) unterschiedlichen vorgegebenen Sätzen von Heizparametern in den Behandlungsraum (2) einbringbar ist, wobei die Heizleistung für unterschiedliche Sätze von Heizparame- tern in dem Behandlungsraum (2) befindliches Lebensmittel (L) lokal unterschied- lich erwärmt und bei dem
d) die Heizleistung mit einem der Sätze von Heizparametern eingestrahlt wird und ein zeitlicher Verlauf mindestens einer Schwebungseigenschaft (B) der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung bestimmt wird,
e) dann, wenn für diesen Behandlungsabschnitt mittels des Verlaufs der mindes- tens einen Schwebungseigenschaft ein vorgegebener thermischer Zustand des Lebensmittels (L) erkannt wird, folgend
f) die Schritte a) und b) für Heizleistung mit mindestens einem anderen der Sät- ze der Heizparameter wiederholt werden.
16. Verfahren (S1-S7) (S1-S7) nach Anspruch 15, bei dem der Behandlungsvorgang ein Auftauvorgang ist und der Auftauvorgang beendet wird, wenn
die Schritte a) und b) für alle m Sätze von Mikrowellen-Parametern durchge- führt worden sind; und/oder
wenn in mindestens einem der Schritte b) anfänglich ein nach oder mit einem Erwärmen vorgesehener thermischer Zustand festgestellt wird oder worden ist.
17. Verfahren (S1-S7) (S1-S7) nach einem der Ansprüche 15 bis 16, bei dem in Schritt b) dann, wenn für einen Auftauabschnitt ein sich im Verlauf des Auftauabschnitts ergebender aufgetauter Zustand erkannt wird (S3), die Heizleistung verringert wird, bis ein Wiedergefrieren erkannt wird (S4), und folgend Schritt c) ausgeführt wird (S5).
18. Verfahren (S1-S7) nach Anspruch 17, bei dem der Auftauvorgang beendet wird, wenn für mindestens einen der Auftauabschnitte kein Wiedergefrieren mehr er- kannt wird.
19. Verfahren (S1-S7) nach einem der Ansprüche 17 bis 18, bei dem dann, wenn für einen Auftauabschnitt ein aufgetauter Zustand erkannt wird, die Energie der ein- gestrahlten Mikrowellen-Messtrahlung (MW1 , MW2) bis zum Ende dieses Auftau- abschnitts verringert wird.
20. Verfahren (S1-S7) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem in Schritt a) eine hohe Heizleistung eingestrahlt wird.
21. Lebensmittel-Erwärmungsgerät, welches dazu eingerichtet ist, das Verfahren (S1- S7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ablaufen zu lassen, wobei das Lebensmittel-Erwärmungsgerät (1 ) aufweist:
mindestens einen Mikrowellen-Sender (3a, 3b) zum Einstrahlen der ersten Mikrowellen-Messstrahlung (MW1 ) und der zweiten Mikrowellen- Messstrahlung (MW2) in den Behandlungsraum (2),
mindestens eine Mikrowellen-Messvorrichtung (7a, 7b) zum Messen von aus dem Behandlungsraum (2) überlagerter Mikrowellen-Messstrahlung und eine Datenverarbeitungsvorrichtung (6) zum Bestimmen mindestens eines thermischen Zustands von in dem Behandlungsraum (2) befindlichem Le- bensmittel (L) anhand einer Auswertung mindestens einer Schwebungseigen- schaft (B) der überlagerten Mikrowellen-Messstrahlung.
22. Lebensmittel-Erwärmungsgerät (1 ) nach Anspruch 21 , bei dem der erste Mikrowel- len-Sender (3a) und/oder der zweite Mikrowellen-Sender (3b) zum Einstrahlen von Mikrowellen-Nutzstrahlung in den Behandlungsraum (2) vorgesehen ist.
EP19703706.2A 2018-02-22 2019-02-06 Verfahren zum betreiben eines lebensmittel-erwärmungsgeräts sowie lebensmittel-erwärmungsgerät Active EP3756420B1 (de)

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