EP4248134A1 - Haushaltsgargerät und verfahren zum betreiben desselben - Google Patents

Haushaltsgargerät und verfahren zum betreiben desselben

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Publication number
EP4248134A1
EP4248134A1 EP21801498.3A EP21801498A EP4248134A1 EP 4248134 A1 EP4248134 A1 EP 4248134A1 EP 21801498 A EP21801498 A EP 21801498A EP 4248134 A1 EP4248134 A1 EP 4248134A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooking
heat
cooking appliance
energy consumption
cooking chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21801498.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Böttcher
Hans-Martin Eiter
Bastian Grass
Michael Heinz
Markus Kuchler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of EP4248134A1 publication Critical patent/EP4248134A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C7/00—Stoves or ranges heated by electric energy
    • F24C7/08—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24C7/082—Arrangement or mounting of control or safety devices on ranges, e.g. control panels, illumination
    • F24C7/085—Arrangement or mounting of control or safety devices on ranges, e.g. control panels, illumination on baking ovens
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47J—KITCHEN EQUIPMENT; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; APPARATUS FOR MAKING BEVERAGES
    • A47J37/00—Baking; Roasting; Grilling; Frying
    • A47J37/12—Deep fat fryers, e.g. for frying fish or chips
    • A47J37/1266—Control devices, e.g. to control temperature, level or quality of the frying liquid
    • 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
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/0252—Domestic applications
    • H05B1/0258—For cooking
    • H05B1/0261—For cooking of food
    • H05B1/0263—Ovens
    • 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
    • H05B6/6447—Method of operation or details of the microwave heating apparatus related to the use of detectors or sensors
    • 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
    • H05B6/6447—Method of operation or details of the microwave heating apparatus related to the use of detectors or sensors
    • H05B6/645—Method of operation or details of the microwave heating apparatus related to the use of detectors or sensors using temperature sensors
    • H05B6/6455—Method of operation or details of the microwave heating apparatus related to the use of detectors or sensors using temperature sensors the sensors being infrared detectors

Definitions

  • the invention relates to a domestic cooking appliance, having a cooking chamber and at least one heat input device for introducing thermal energy into the cooking chamber, the domestic cooking appliance being set up to control a cooking process.
  • the invention also relates to a method for operating such a domestic cooking appliance.
  • the invention can be applied particularly advantageously to ovens and/or steamers.
  • the prior art includes weight measurement directly via weight-detecting sensors, specifically in microwave ovens, since there are no high temperatures in the cooking chamber, as described in JP 2012 247145 A, for example.
  • JP H 0317429 A describes an indirect weight detection via a speed variation of a turntable motor with different load states of a microwave oven.
  • CN 100334395 C describes a weight estimation based on temperature changes of an item to be cooked over time, through which the weight is estimated and divided into the classes “small”, “medium” and “large”.
  • US 2017071393 A discloses a method for controlling a cooking process of a food.
  • the method includes a step of detecting a change in weight of a first vaporizable component in the food over a first period of time.
  • the method also includes a step of determining an initial condition of the foodstuff based at least in part on the sensed change in weight of the first vaporizable component in the foodstuff.
  • the method also includes a step of controlling the cooking process based at least in part on the determined initial status of the food.
  • CN 1540233 A discloses a method for determining the cooked weight in a microwave oven. It includes setting several reference voltage values after switching on the power supply with increasing cooking chamber temperature.
  • DE 10 2007 011 565 A1 discloses a method for determining the initial state of an item to be cooked, in particular baked goods, for the purpose of guiding a cooking process depending on the initial state determined, in which at least one surface temperature of the item to be cooked is recorded over at least one time interval, and at least one maximum value and/or at least one turning point of the profile of the surface temperature over time is determined.
  • the object is achieved by a cooking appliance having a cooking chamber and at least one heat introduction device for introducing thermal energy into the cooking chamber and a data processing device which is set up to calculate a quantity of heat absorbed by a load that has been treated in the cooking chamber using the thermal energy on the basis of an energy consumption of the at least one To calculate heat input device, wherein the domestic cooking appliance is adapted to control a cooking process based on the amount of heat absorbed.
  • automatic programs other than cooking processes can also be controlled on the basis of the determined heat absorption, for example a pyrolysis operation.
  • the device can, for example, use the determined heat absorption to recognize whether there is a load in the cooking compartment during pyrolysis operation and then cancel the pyrolysis operation. It can thus be prevented that food stored in the cooking chamber is burned.
  • the heat input device is intended to generate thermal energy that is used to heat the items to be treated located in the cooking chamber.
  • the thermal energy can include thermal radiation radiated directly onto the item to be treated, conventional heat and/or thermal energy introduced into the cooking space with steam, etc.
  • the at least one heat input device can comprise at least one heat radiator, for example at least one IR radiator and/or at least one electrically operated resistance heating element, e.g. a bottom heating element, a top heating element, a grill heating element and/or a ring heating element.
  • the at least one heat input device may additionally or alternatively include a steam generator, etc. It is also possible, depending on the process, to radiate microwaves (energy) into the cooking chamber in addition to thermal energy, in which case energy consumption by the microwave generator required for carrying out the above method can also be taken into account, but is not necessary.
  • the data processing device can be an independent device or functionally integrated into another device of the cooking appliance, e.g. in a control device of the cooking appliance.
  • the cooking appliance may be an oven, a steamer, a warming drawer or any combination thereof, e.g. Loads can be understood as meaning any objects that are brought into the cooking chamber to carry out a heat treatment process, e.g.
  • the cooking appliance is a domestic cooking appliance.
  • the energy consumption corresponds to the energy or power fed into the at least one heat input device to operate it, in particular electrical energy or power in the case of electrically operated heat input devices, minus design-related heat losses from the cooking chamber and/or for heating the cooking chamber.
  • the data processing device is set up to use the amount of heat absorbed to determine a weight of the load and the domestic cooking appliance is set up to control a cooking process based on the weight determined.
  • the advantage is achieved that a more precise automatic determination of the weight of the load, in particular the food to be cooked, can be carried out during a cooking process than was previously the case without weight sensors.
  • This allows cooking processes to be reliably adapted to the weight of the food to be cooked.
  • cooking processes can advantageously be carried out in a particularly energy-saving manner, and the success of the cooking process can be achieved in a particularly reliable manner.
  • the adjustment may include, for example, changing a cooking cavity temperature, turning certain heat input devices on or off, changing a cooking time end, and so on.
  • conventional cooking processes that include the weight of the items to be treated can also be used, e.g. to determine the end of a cooking time.
  • This determination of the weight is particularly advantageous for the process control by means of automatic cooking processes or automatic programs. These often use the automatically determined weight information to select suitable operating parameters and cooking times. Using the cooking device, it is possible to pass on an increasingly accurate weight estimate to the automatic programs during operation, so that they Be able to adapt to the weight better and better over the course of the operation, which increases the certainty of success, for example avoids undercooking or overcooking. In particular, use is made of the fact that food initially only cooks very little, so that this process can be implemented in practice, since it is not decisive whether during the first twenty minutes, for example (of which a large part typically falls during the heating-up phase), the exact time for a certain weight suitable operating parameters are set.
  • the general approach may therefore include cooking with default process settings at the beginning of a cooking session until a first rough estimate of the weight is obtained, and then adjusting for more and more precise process control with a more and more precise weight estimate.
  • a steady state which is described in more detail below
  • an exact prediction of the end of the cooking time can also be made and communicated to the user via the display.
  • This procedure can be used in the same way for manually set cooking processes.
  • the weight of the load in particular the item to be cooked, is not yet known at the start of operation.
  • the weight can then be calculated during the cooking process, with the weight initially being roughly determinable and then being able to be determined more and more precisely. This is particularly user-friendly.
  • the weight has initially been entered by a user and is adjusted to the measured (actual) weight by the method. This can also be particularly advantageous if the weight of the item to be treated changes during the cooking process, e.g. due to water loss.
  • the function f can, for example, take into account thermal properties of the cooking space such as heat losses, etc., which may depend on the current temperature of the cooking space.
  • the specific heat capacity c w can be assumed as an undifferentiated, general value for many different loads (in particular food), since c w is surprisingly roughly the same for many different loads.
  • the weight m of the item to be cooked can therefore be used advantageously even without knowing the type of item being loaded, in particular even without precise knowledge of its specific thermal capacity c w .
  • the function f can also include other parameters, if known, e.g load, a type of activated heat input device, etc., as also explained in more detail below.
  • the data processing device is set up to calculate the determined heat absorption, and in particular the weight therefrom, on the basis of an energy consumption accumulated over time. This is particularly advantageous since the amount of heat introduced into the load can be determined particularly precisely in this way.
  • the data processing device is set up to calculate the determined heat absorption, and in particular the weight from it, using a difference between a current (i.e., during an ongoing cooking process) accumulated energy consumption and an accumulated reference energy consumption ("energy difference") .
  • energy difference a difference between a current (i.e., during an ongoing cooking process) accumulated energy consumption and an accumulated reference energy consumption.
  • the energy or power difference can be calculated, for example, by forming the difference between currently measured energy consumption values and temporally corresponding reference energy consumption values and adding these differences. This corresponds to a determination of a difference in a time course ("curve") of the current energy consumption from the reference curve.
  • curve a time course of the current energy consumption from the reference curve.
  • the energy difference typically increases in the course of a cooking process and the ascertained heat absorption, and in particular the weight derived therefrom, can be determined more and more precisely. This advantageously enables an initial rough determination of the determined heat absorption, and in particular of the weight therefrom, which can be refined as the cooking process progresses.
  • a reference energy consumption can in particular be understood to mean an energy consumption which occurs under predetermined reference conditions, for example when the cooking space is empty, when a container for cooking is loaded or loaded with an empty container cooking chamber, etc.
  • the reference curves correspond to the progress of such energy consumption over time.
  • reference energy consumption curves or reference curves There can be one or more reference energy consumption curves or reference curves. If there are several reference curves, these can correspond to heating in the presence of different food containers or cooking vessels, possibly different food storage surfaces (e.g. baking tray, grating, telescopic rails) and/or under different operating parameters (e.g. different target cooking space temperatures), which determine the determined heat absorption, and especially from the weight, further improved.
  • different food storage surfaces e.g. baking tray, grating, telescopic rails
  • operating parameters e.g. different target cooking space temperatures
  • the reference curves can be determined by a manufacturer for certain predetermined cooking containers and can then be selected by a user for similar cooking containers.
  • the reference curves are recorded for a specific appliance type of household appliance ("normal appliance type") and then are or are stored on all household appliances of this appliance type. It is an advantageous development for the provision of particularly precisely fitting reference curves that the power of at least one energy supply device for each household appliance is measured precisely during ongoing production, for example in the case of clocked resistance heating elements, the power consumed can be determined device-specifically from the on/off cycle of the switching relay or to be able to determine the amount of energy.
  • a deviation from a preceding “device type normal” can then be determined on an individual device basis. This deviation can be expressed by a device-specific correction factor, which is used to correct the device type normal.
  • a user can record reference curves for their own food containers and/or operating parameters they have set themselves, which further improves weight determination.
  • these reference curves only need to be carried out once for a specific cooking product container and/or a specific set of operating parameters.
  • a user can also record the reference curves again, which then take the place of the previous reference curves. This can be useful, for example, to take into account aging effects of the heat input devices or the like.
  • the household appliance can prompt the user to record the reference curve(s) again.
  • the household appliance can, for example, have an operating hours counter and, after a predetermined operating time of the heat input devices has expired, give the user a suggestion to record the reference curves again.
  • a reference curve includes a reference curve for an empty cooking space.
  • the energy difference can be considered or determined from different points in time of the heating process: a) In one embodiment, which is particularly relevant if no separate preheating phase (in which the cooking chamber is heated up when it is not loaded) is provided, the energy difference can start at the beginning of the cooking process to be determined. This has the advantage that energy inputs into the load can be taken into account particularly easily, which occur during the heating-up phase (in which the cooking chamber is heated to its specified setpoint temperature). This makes use of the fact that the higher the thermal mass of the load, the later the setpoint temperature is reached. By means of this configuration, energy differences in the temporal transition area between the heating-up phase and the following heating phase at the target cooking space temperature (“constant heating phase”) can then also be taken into account particularly precisely.
  • the energy difference until the target cooking chamber temperature of the reference curve is reached will be at least approximately zero.
  • the energy difference will already be noticeably different from zero in the period of time between reaching the target cooking chamber temperature in the reference configuration and reaching the target cooking chamber temperature in the current configuration with food to be cooked, since once the target cooking chamber temperature has been reached in the reference configuration, the energy consumption at the at least one heat input device is lowered to a level sufficient to maintain the target cooking cavity temperature.
  • the energy difference can be determined at the start of a constant heating phase.
  • the start of the constant heating phase can be determined by the target temperature being reached and/or the energy consumption of the at least one heat input device being noticeably lower or reduced compared to the energy consumption during the heating phase.
  • the fact that the energy consumption is noticeably lower can be determined, for example, by the fact that at least one energy consumption sensor is present, which measures the energy consumed by the at least one heat introduction device, when the heat introduction device is operated in a clocked manner, a duty cycle of the energy or power introduced into the heat introduction device drops noticeably, in particular is noticeably lower than a, often maximum, duty cycle typically used during a warm-up phase; and/or to determine a point in time of greatest curvature in an energy consumption curve and to use this point in time as the starting point for determining the energy difference.
  • the use of an energy consumption sensor generally results in the advantage that the energy consumption can be determined particularly precisely by direct measurement. Disturbances with potentially negative effects on the accuracy of the energy consumption determination, such as aging effects of the heat input device, mains voltage fluctuations, etc. can be excluded or compensated for in this way.
  • the duty cycle is also a sufficiently reliable measure of the energy consumption, since the energy fed into a heat input device typically has a constant pulse height of the supply voltage and the duty cycle or, analogously, the switch-on time can therefore be directly converted into the consumed electrical energy is.
  • an energy consumption sensor can be dispensed with, which saves components and thus costs. Consequently, one possibility is to determine when the constant heating phase has been reached from a setpoint cooking chamber temperature being reached or from a reduction in a duty cycle of at least one heat introduction device operated in a clocked manner.
  • a correction factor can be used to correct the above-mentioned disturbance variables and their influence on the accuracy.
  • the achievement of the constant heating phase is determined from a curvature of the currently recorded energy consumption curve, in particular from the point in time of the greatest curvature of the energy consumption curve.
  • a curvature of the currently recorded energy consumption curve in particular from the point in time of the greatest curvature of the energy consumption curve.
  • the energy or power supplied to the cooking appliance can be assumed to be approximately constant: stability has been reached and the heat capacity of the food to be cooked (as well as the cooking chamber or cooking appliance ) is saturated. If the food to be cooked can no longer absorb any additional heat or the heat absorption of the food has been greatly reduced, the slope of the current energy consumption curve will match the slope of the reference curve. It can run at least approximately linearly in the steady state. The strongest curvature thus occurs at the transition from the heating phase to the constant heating phase and is therefore a suitable measure for determining the point in time at which the constant heating phase begins. It can be determined particularly reliably by forming the second time derivation of the energy consumption curve or the first derivation of the power consumption, since a peak or minimum forms at the time of the strongest curvature, which can be determined comparatively easily by automatic curve evaluation.
  • the start of the constant heating phase of the currently measured energy consumption curve or the start of the constant heating phase of the reference energy consumption curve can be used as the start of the constant heating phase. Determining the start of the constant heating phase from the energy consumption generally has the advantage that this is largely independent of brief thermal effects within the cooking chamber.
  • the reaching or beginning of the constant heating phase can in principle also be equated with the point in time at which the target cooking chamber temperature is reached.
  • the energy difference can be calculated from a point in time when a cooking phase that follows a preheating phase begins. This point in time can be determined, for example, by a door being opened.
  • the spread between the current energy consumption curve and the reference curve, which is dependent on the thermal load of the load, is significant here particularly quickly, and accordingly the accuracy of the energy quantity or weight determination.
  • the energy difference is corrected by means of a correction value that takes account of the door opening, which further increases the accuracy of the energy quantity or weight determination.
  • the correction value can be a multiplicative correction factor or an additive correction value.
  • the additive correction value can be subtracted from the measured energy consumption when a door is opened.
  • the size of the correction value can be determined, for example, as a function of the cooking chamber temperature, a difference in the cooking chamber temperature immediately before and after the door is opened, a humidity in the cooking chamber and/or a difference in the humidity in the cooking chamber immediately before and after the door is opened, etc., e.g. based on corresponding characteristics.
  • the energy consumption can be determined by means of an energy consumption sensor or, in the case of heat input devices operated in a clocked manner, from their switch-on times.
  • the cooking appliance in particular the data processing device, is set up to determine whether the load is thawed and to take into account the amount of heat absorbed only after the end of a thawing process. Therefore, only the energy consumption after thawing should be taken into account when determining the amount of energy or weight (advantageously with a (further) additive correction value, which in particular depends on the measured energy consumption consumption is deducted, since the cooking chamber is already being heated through). This enables a particularly reliable determination of the amount of energy or weight even when the food to be cooked is initially frozen.
  • frozen food to be cooked or stored usually has frozen water, for the melting and evaporation of which a great deal of thermal energy is required, which must not be added to the heat capacity of the food to be cooked.
  • the presence of a frozen state can be detected, for example, by means of an IR sensor (eg, a thermal camera) that senses the load. If there is no such temperature information, it can nevertheless be recognized from an initially unusually flat course of the temperature curve of the cooking chamber temperature with a subsequent transition to a significantly greater gradient that the food to be cooked was evidently frozen.
  • a consequence of being in a frozen state may include a time or temperature adjustment for further cooking.
  • a message can be issued to the user, which could improve his user behavior in the future.
  • the cooking appliance in particular the data processing device, is set up to additionally calculate the weight based on a type of load. This further increases the accuracy and reliability of the weight determination.
  • This configuration can be implemented, for example, by using a more precise specific heat capacity c w to determine the weight m from the thermal energy Q absorbed if the type of food to be cooked is known.
  • the type of food can be a relatively coarse food category, such as "meat”, “fish”, vegetables”, etc., a finer food category, such as “Schnitzel”, “Geschnetzeltes", etc., or even more precisely a dish, such as "Pizza", "Potato casserole", etc.
  • the corresponding specific heat capacities and/or the functions f and/or f can be stored in a database which can be called up. The functions f and/or f can alternatively be recalculated for each cooking process.
  • the cooking appliance in particular the data processing device, is set up to additionally calculate the weight based on a volume or a To calculate the size and/or shape of the load.
  • This further increases the accuracy and reliability of the weight determination.
  • the volume and/or the shape can be determined, for example, by object evaluation using an image recorded by a camera, contour detection with a laser or ultrasound.
  • the weight in the course of the cooking process, is determined several times in succession and the cooking process is adapted to the weight determined last to determine the weight.
  • the weight of the item to be treated can generally be determined more precisely as the cooking process or course of cooking progresses.
  • the present method for determining the weight thus enables, in particular, a rapid rough determination of the weight, which can be refined during the course of the cooking process.
  • operating parameters of the cooking appliance such as the target cooking chamber temperature, the end of a cooking time, etc.
  • the cooking process can also be adjusted based on one or more of the following input variables and/or the end of the cooking time can be determined more precisely:
  • Surface temperature of the food e.g. can be determined using an IR sensor
  • core temperature of the food e.g. can be determined using a core temperature probe
  • humidity of the cooking compartment and/or the food etc.
  • cooking devices that can have a moisture sensor can also use the measured values to determine the end of the cooking time more precisely, since the moisture has an influence on the cooking speed.
  • the cooking time can be extended or shortened via stored correction values in order to achieve better cooking results.
  • the object is also achieved by a method for operating a household cooking appliance, in which the amount of heat absorbed by a load being treated in a cooking chamber using thermal energy is calculated based on the energy consumption of at least one heat input device, and a cooking process is controlled based on the calculated amount of heat absorbed.
  • the method can be designed analogously to the cooking appliance and vice versa, and results in the same advantages.
  • a cooking process can be controlled or adjusted based on the weight of the load derived from the amount of heat absorbed.
  • a user can also record their own reference energy consumption curve, for example as follows:
  • the user places an empty food container on a food storage surface (eg a grating or a baking tray) and starts a reference program that is specially provided for this purpose and possibly operating mode-specific for this load status.
  • a food storage surface eg a grating or a baking tray
  • the cooking appliance heats up to a specified target cooking chamber temperature and then continues to operate until the flow of energy into the cooking chamber is constant.
  • the cooking chamber is then in a state of equilibrium with regard to the energy absorbed from the heating elements and the energy flowing away via the walls of the cooking chamber and, if present, a vapor outlet.
  • the curve of energy consumption recorded over time represents the reference curve for this loading condition.
  • the user saves the reference curve in the device for this loading condition and can use it later.
  • the associated temperature profile can also be saved.
  • This process is only carried out once and is related to the load status and the set cooking cabinet temperature.
  • the reference program can be run again for different loading states (eg for different desired cooking space temperatures and/or different cooking product containers).
  • at least some of the reference curves can be determined by the manufacturer for common cooking vessels and can be selected by the customer to suit their cooking vessels.
  • the weight of food to be cooked can be determined during a cooking process, for example, as follows, assuming that at least one energy consumption reference curve is available:
  • the food to be cooked is placed in the cooking chamber and the cooking appliance is then started with a specified setpoint temperature for the food to be cooked.
  • the energy consumption of the at least one heat input device is recorded and stored as the current energy consumption curve.
  • the gradient of the energy consumption curve accumulated over time is continuously determined.
  • the at least one heat input device is typically fed with full energy or power, resulting in a linear progression of the energy consumption curve.
  • the energy or power introduced into the at least one heat input device is reduced in order to keep the setpoint cooking chamber temperature within the scope of a constant heating phase. This causes a curvature of the energy consumption curve, which then flattens out steadily at first, the curvature being greatest at the transition to the constant heating phase. If the change in the slope of the accumulated energy consumption curve remains below a certain threshold value (e.g.
  • the power flow supplied to the cooking appliance can be assumed to be approximately constant, persistence is achieved and the heat capacity of the food to be cooked is saturated. Since the food in the steady state can no longer absorb any additional heat or the heat absorption of the food may even be reduced. device, the slope of the currently recorded energy absorption curve will match the slope of the reference curve.
  • the second derivative (i.e. the rate of change of its slope) is determined from the currently recorded energy consumption curve and monitored for the occurrence of a negative peak or a minimum peak.
  • the point in time at which this peak occurs corresponds to the point in time at which the transition to the constant heating phase takes place.
  • the formation of the second derivation of the energy consumption curve results in a point in time of the transition to the constant heating phase that can be determined more precisely than the determination of the slope (ie the first derivation of the energy consumption curve). Determining the transition to the constant heating phase from the energy consumption curve is more precise than determining using the cooking chamber temperature, since overshoots and other thermal disruptive effects are suppressed or not taken into account.
  • the difference between the currently recorded energy consumption and the reference energy consumption is then calculated from the time of the transition to the constant heating phase previously determined from the curve evaluation and the weight of the food is calculated from this.
  • the weight can still be determined comparatively imprecisely, but this is already sufficient to provide a rough estimate sufficient for adapting the cooking process to the weight. As the cooking process continues, the weight can be determined more precisely and the cooking process can be better adapted to the weight of the food to be cooked.
  • the energy difference can be calculated immediately after closing the cooking chamber door or - to rule out thermal effects due to heat loss when the door is open - after a predetermined time delay .
  • a compensatory reaction to the opening of the cooking chamber door during operation can be achieved by determining the opening time and subtracting a correction value from the measured energy consumption.
  • the correction value can be determined in the laboratory for each type of basic device and differs depending on the cooking situation (e.g. in which cooking phase the door was opened, whether the escaping, warm air already has a high or low moisture content, etc.).
  • FIG. 1 shows a plot of an accumulated energy of a cooking process without preheating for a cooking chamber loaded with food and for reference conditions over time
  • FIG. 2 shows a plot of the pulse duty factor of the switch-on times of the heat input device for the cooking process from FIG. 1 for the cooking chamber loaded with food and for reference conditions over the same time axis as in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a plot of a cooking chamber temperature of the cooking process from FIG. 1a for the cooking chamber loaded with food over the same time axis as in FIG.
  • the description of the following figures is based on an example of an oven (not illustrated) with a cooking chamber that can be closed by a door, which is heated by one or more heat input devices in the form of clocked resistance heating elements (e.g. a bottom heating element, a top heating element, a grill heating element and a ring heating element ) can be heated.
  • the oven also has a temperature sensor for detecting a cooking chamber temperature.
  • the resistance heaters are controlled by a control device of the oven, taking into account the cooking chamber temperature.
  • the control device is set up to run automatic programs that are selected by a user at a corresponding user interface.
  • the control device is also set up as a data processing device for carrying out a weight determination.
  • the control device is specially set up to record user-specific reference curves of accumulated energy consumption men.
  • a user can call up a corresponding routine on the user interface, which can be configured, for example, in such a way that a user is instructed to place a specific food container in the cooking chamber, to select a target cooking chamber temperature and a specific operating mode (e.g. hot air mode, grill mode, top/bottom heat mode, etc.).
  • the oven then heats the initially cold cooking chamber to the target cooking chamber temperature and, based on the switch-on times of the resistance heaters, registers their energy consumption, possibly taking into account a correction factor.
  • the energy consumption reference curve recorded for a reference condition is stored together with the associated setting variables and possibly together with the curve of the cooking chamber temperature.
  • FIG. 1 shows a plot of an accumulated energy Ea of a cooking process without preheating for a cooking chamber loaded with food, Ea_a, and for reference conditions, Ea_r, over time t, based on a corresponding curve Ka for the current cooking process and a reference curve Kr.
  • the conditions of the current cooking process differ from the reference conditions, for example, only in that there is additional food to be cooked in the cooking chamber of the oven during the current cooking process, e.g. in the food container also used for the reference conditions.
  • the resistance heaters corresponding to the selected operating mode are operated at high, in particular maximum, power until the target or desired cooking chamber temperature T S0 u (see Fig. 3) is reached.
  • the curves Ka and Kr therefore initially do not differ.
  • the food to be cooked represents a thermal load or heat sink, which means that in the current cooking process or with the food to be cooked, the target cooking chamber temperature at t1a is reached later than under reference conditions at t1r.
  • the heating phase changes to a constant heating phase in which the duty cycle of the resistance heaters is reduced to a level that is sufficient to maintain the target cooking chamber temperature T S0 u .
  • Fig. 2 shows the associated duty cycles as a plot of an operating voltage applied to a selected resistance heating element versus time, with it being reduced later when food is present (upper timing diagram) than in the reference state (lower res timing diagram). Based on the reduction in the duty cycle, it can therefore be determined when the setpoint cooking chamber temperature T S0 u has been reached, more precisely than based on a temperature curve.
  • FIG 3 shows the temperature curve Ta of the cooking chamber temperature T g as an example for the cooking chamber loaded with food to be cooked.
  • the temperature curve for the reference state (not shown) is qualitatively similar, although the target cooking chamber temperature T S0 u is reached earlier. Otherwise, the temperature curves differ little since they are regulated to the same desired cooking chamber temperature Tsoii.
  • both the curve Ka and the reference curve Kr flatten out when the setpoint cooking chamber temperature T S0 u is reached, due to the then lower energy input.
  • the curve Ka for the cooking chamber loaded with food to be cooked initially falls less sharply than the reference curve Kr, since the food to be cooked is still absorbing thermal energy. If the food to be cooked is warmed through in the further course of the cooking process (indicated here by time t2a), the gradients of curves Ka and Kr equalize.
  • the (accumulated) energy difference AE between the curves Ka and Kr thus corresponds to the heat energy Q absorbed by the food to be cooked.
  • the energy difference AE at a specific point in time t corresponds to the difference between the curves Ka and Kr at this point in time t).
  • the energy difference AE can be calculated from the time t1a from the switch-on times of the resistance heaters.
  • the point in time t1a can be precisely determined by means of a determination of a negative peak or minimum in the second derivative of the curve Ka.
  • the weight can usually be at least roughly estimated from the energy difference AE.
  • the accuracy of the weight calculation gets better and better, until the food to be cooked has been heated through and thus reached a steady state at t > t2a and the time course of the energy difference AE is approximately constant from then on.
  • the cooking process can be adjusted on the basis of the weight calculated from the energy difference AE, e.g. by varying the associated operating parameters, for example by reducing or increasing the target cooking chamber temperature T S0 u , switching on or off resistance heating elements, a fan, adding microwave energy and/or steam, etc.
  • the initially only rough knowledge of the weight is typically not critical, since food initially cooks very little and it is therefore not yet decisive whether e.g. during the first twenty minutes (of which a large part usually falls into the heating-up phase) the exact suitable cooking space temperature Tg for a specific weight is set. Only after some time (usually only after about half of the total cooking time) does it become more and more important for a good result what cooking chamber temperature Tg prevails in the cooking chamber and/or whether the most suitable process technology is used for the cooking process at hand, e.g "Right" combination of heating elements such as top and bottom heat, or the right amount of microwave, etc.
  • One rule can therefore be: cook with initially specified process settings until the first rough estimate of the weight is available, then adjust the operating parameters if necessary and subsequently carry out more and more precise process control as the weight estimation becomes more and more precise. In this way it is possible to pass on an ever more accurate weight estimate to an automatic cooking program or to a user-defined cooking process during the cooking process, so that the cooking process can be better and better adapted to the current cooking situation during operation.
  • a different energy consumption reference curve can be used from this point in time, which corresponds better to the changed operating parameters. If, for example, the target cooking space temperature Tsoii is reduced, a reference curve can be used from this point in time to determine the energy difference, which corresponds to the reduced target cooking space temperature Tsoii, if necessary using a correction factor that takes into account the thermal inertia of the cooking space and, if applicable, the food container . As already described above, the weight can be calculated from the energy difference, for example by assuming a proportional relationship, possibly using proportionality factors that take into account the type, volume and/or shape of the food to be cooked.
  • a step can also be provided for calculating the energy difference only once a previously frozen item to be cooked is in a thawed state.
  • the type, volume and/or shape of the food to be cooked can be determined automatically and used to adjust the proportionality factor.
  • a numerical specification can also include exactly the specified number as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.
  • Tset Target cooking chamber temperature t Time tO Beginning of the cooking process t1a Beginning of a constant heating phase of the cooking process currently being carried out t1r Beginning of a constant heating phase under reference conditions t2a Achievement of thorough heating within the constant heating phase of the currently carried out cooking process

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Abstract

Ein Haushaltsgargerät weist einen Garraum und mindestens eine Wärmeeinbringungsvorrichtung zum Einbringen von Wärmeenergie in den Garraum und eine Datenverarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine von einem in dem Garraum mittels der Wärmeenergie behandelten Beladungsguts aufgenommenen Wärmemenge anhand eines Energieverbrauchs (Ea, Ea_a, Ea_r) der mindestens einen Wärmeeinbringungsvorrichtung zu berechnen, auf, wobei das Haushaltsgargerät dazu eingerichtet ist, einen Garvorgang beruhend auf der aufgenommenen Wärmemenge zu steuern. Ein Verfahren dient zum Betreiben eines Haushaltsgargeräts, wobei eine von einem in einem Garraum mittels Wärmeenergie behandelten Beladungsguts aufgenommenen Wärmemenge anhand eines Energieverbrauchs (Ea, Ea_a, Ea_r) mindestens einer Wärmeeinbringungsvorrichtung berechnet wird und ein Garvorgang beruhend auf der aufgenommenen Wärmemenge gesteuert wird. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Backöfen.

Description

Haushaltsgargerät und Verfahren zum Betreiben desselben
Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgargerät, aufweisend einen Garraum und mindestens eine Wärmeeinbringungsvorrichtung zum Einbringen von Wärmeenergie in den Garraum, wobei das Haushaltsgargerät dazu eingerichtet ist, einen Garvorgang zu steuern. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Haushaltsgargeräts. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Backöfen und/oder Dampfgargeräte.
Der Stand der Technik umfasst eine Gewichtsmessung direkt über gewichtserkennende Sensoren, und zwar in Mikrowellengeräten, da hier keine hohen Temperaturen in dem Garraum herrschen, wie beispielhaft in JP 2012 247145 A beschrieben.
JP H 0317429 A beschreibt eine indirekte Gewichtserkennung über eine Drehzahlvariation eines Drehtellermotors bei unterschiedlichen Beladungszuständen eines Mikrowellengeräts.
Ferner bekannt ist es, die voraussichtliche Garzeit auf Basis eines durch einen Sensor gemessenen Gewichts zu berechnen, wie z.B. in JP 2001173961 A beschrieben.
CN 100334395 C beschreibt eine Gewichtsschätzung anhand von Temperaturänderungen eines Garguts über der Zeit, durch welche das Gewicht geschätzt und in die Klassen "klein", "mittel" und "groß" eingeteilt wird.
US 2017071393 A offenbart ein Verfahren zum Steuern eines Kochprozesses eines Lebensmittels. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Erfassen einer Gewichtsänderung einer ersten verdampfbaren Komponente im Lebensmittel über einen ersten Zeitraum. Das Verfahren umfasst auch einen Schritt zum Bestimmen eines Anfangszustands des Lebensmittels, zumindest teilweise basierend auf der erfassten Gewichtsänderung der ersten verdampfbaren Komponente im Lebensmittel. Das Verfahren umfasst auch einen Schritt der Steuerung des Kochprozesses zumindest teilweise basierend auf dem bestimmten Anfangsstatus des Lebensmittels. CN 1540233 A offenbart eine Methode zur Bestimmung des Kochgewichts in einem Mikrowellenherd. Sie umfasst ein Einstellen mehrerer Referenzspannungswerte nach dem Einschalten der Stromversorgung bei steigender Garraumtemperatur.
DE 10 2007 011 565 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen des Ausgangszustands eines Garguts, insbesondere Backguts, zwecks Führung eines Garprozesses in Abhängigkeit des bestimmten Ausgangszustands, bei dem zumindest eine Oberflächentemperatur des Garguts über zumindest ein Zeitintervall erfasst wird, und zumindest ein Maximalwert und/oder zumindest ein Wendepunkt des Verlaufs der Oberflächentemperatur über die Zeit bestimmt wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit zur Steuerung eines Haushaltsgargeräts bereitzustellen, speziell zur kostengünstigeren Bestimmung eines Gewichts eines in einem Garraum eines Gargeräts erwärmten Beladungsguts.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Gargerät, aufweisend einen Garraum und mindestens eine Wärmeeinbringungsvorrichtung zum Einbringen von Wärmeenergie in den Garraum und eine Datenverarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine von einem in dem Garraum mittels der Wärmeenergie behandelten Beladungsguts aufgenommenen Wärmemenge anhand eines Energieverbrauchs der mindestens einen Wärmeeinbringungsvorrichtung zu berechnen, wobei das Haushaltsgargerät dazu eingerichtet ist, einen Garvorgang beruhend auf der aufgenommenen Wärmemenge zu steuern.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass mit einfachen und kostengünstigen Mitteln ein mit hoher Genauigkeit messbarer Betriebsparameter, der einen Garzustand des Behandlungsguts abbildet, zur Steuerung bzw. Anpassung von Garvorgängen nutzbar ist, wodurch wiederum eine besonders hohe Gelingsicherheit des Behandlungsguts erreichbar ist.
Jedoch sind anhand der ermittelten Wärmeaufnahme auch andere Automatikprogramme als Garvorgänge steuerbar, beispielsweise ein Pyrolysebetrieb. Hier kann das Gerät z.B. anhand der ermittelten Wärmeaufnahme erkennen, ob sich während eines Pyrolysebetriebs Beladungsgut in dem Garraum befindet und dann den Pyrolysebetrieb abbrechen. So kann verhindert werden, dass in dem Garraum gelagertes Gargut verbrannt wird.
Die Wärmeeinbringungsvorrichtung ist dazu vorgesehen, Wärmeenergie zu erzeugen, die dazu verwendet wird, das in dem Garraum befindliche Behandlungsgut zu erwärmen. Die Wärmeenergie kann direkt auf das Behandlungsgut eingestrahlte Wärmestrahlung, Konventionswärme und/oder mit Dampf in den Garraum eingebrachte Wärmeenergie usw. umfassen. Die mindestens eine Wärmeeinbringungsvorrichtung kann mindestens einen Wärmestrahler umfassen, beispielsweise mindestens einen IR-Strahler und/oder mindestens einen elektrisch betriebenen Widerstandsheizkörper, z.B. einen Unterhitzeheizkörper, einen Oberhitzeheizkörper, einen Grillheizkörper und/oder einen Ringheizkörper. Die mindestens eine Wärmeeinbringungsvorrichtung kann zusätzlich oder alternativ einen Dampferzeuger usw. umfassen. Auch ist es möglich, prozessabhängig zusätzlich zu Wärmeenergie Mikrowellen(energie) in den Garraum einzustrahlen, wobei ein Energieverbrauch des von dem dazu benötigten Mikrowellengenerator zur Durchführung des obigen Verfahrens mitberücksichtigt werden kann, aber es nicht braucht.
Die Datenverarbeitungseinrichtung kann eine eigenständige Vorrichtung sein oder in eine weitere Vorrichtung des Gargeräts funktional integriert sein, z.B. in eine Steuereinrichtung des Gargeräts.
Das Gargerät kann ein Backofen, ein Dampfbehandlungsgerät, eine Wärmeschublade oder eine beliebige Kombination davon sein, z.B. ein Backofen mit Dampfbehandlungsfunktion, eine Küchenmaschine mit Kochfunktion, eine Dampfgarschublade, usw. Das Gargerät kann auf eine zusätzliche Mikrowellenfunktion aufweisen und dazu einen Mikrowellengenerator aufweisen. Unter Beladungsgut können jegliche Gegenstände verstanden werden, welche zum Durchführen eines Wärmebehandlungsvorgangs in den Garraum verbracht werden, z.B. umfassend Gargut (insbesondere Lebensmittel, Speisen, usw.), Gargutbehälter, usw.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Gargerät ein Haushaltsgargerät ist.
Der Energieverbrauch entspricht der zum Betreiben der mindestens eine Wärmeeinbringungsvorrichtung darin eingespeisten Energie oder Leistung, insbesondere einer elektrischen Energie oder Leistung bei elektrisch betriebenen Wärmeeinbringungsvorrichtungen, abzüglich konstruktiv bedingter Wärmeverluste aus dem Garraum heraus und/oder zum Erwärmen des Garraums.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, anhand der aufgenommenen Wärmemenge ein Gewicht des Beladungsguts zu bestimmen und das Haushaltsgargerät dazu eingerichtet ist, einen Garvorgang beruhend auf dem bestimmten Gewicht zu steuern.
So wird der Vorteil erreicht, dass unter Verzicht auf Gewichtssensoren eine genauere automatische Bestimmung des Gewichts von Beladungsgut, insbesondere Gargut, während eines Garvorgangs vorgenommen werden kann als bisher,. Dadurch wiederum können Garvorgänge zuverlässig an das Gewicht eines zu behandelnden Garguts angepasst werden. So können beispielsweise Garvorgänge vorteilhafterweise besonders energiesparend durchgeführt werden, und ein Gelingen des Garvorgangs kann besonders zuverlässig erreicht werden. Das Anpassen kann z.B. ein Ändern einer Garraumtemperatur, ein Zu- oder Abschalten bestimmter Wärmeeinbringungsvorrichtungen, ein Ändern eines Garzeitendes usw. umfassen. Speziell können so auch herkömmliche Garvorgänge weiterverwendet werden, die das Gewicht des Behandlungsguts einbeziehen, z.B. zur Bestimmung eines Garzeitendes.
Besonders vorteilhaft ist diese Gewichtsermittlung für die Prozesssteuerung durch automatische Garvorgänge bzw. Automatikprogramme. Diese nutzen häufig die automatisch bestimmte Gewichtsinformation zur Auswahl geeigneter Betriebsparameter und Garzeitdauern. Mittels des Gargeräts ist es möglich, während des Betriebs eine immer genauere Gewichtsschätzung an die Automatikprogramme weiterzugeben, so dass sich diese im Laufe des Betriebs immer besser an das Gewicht anpassen können, was eine Gelingsicherheit erhöht, z.B. ein Unter- oder Übergaren vermeidet. Dabei wird insbesondere ausgenutzt, dass Lebensmittel anfangs erst sehr wenig garen, so dass dieser Prozess praktisch realisierbar ist, da es nicht entscheidend ist, ob während beispielsweise der ersten zwanzig Minuten (von denen typischerweise ein großer Teil in die Aufheizphase fällt) die exakt für ein bestimmtes Gewicht geeigneten Betriebsparameter eingestellt sind. Erst nach einiger Zeit - in der Regel erst nach etwa der Hälfte des gesamten Garvorgangs - wird es für ein gutes Garergebnis und für eine präzise Vorhersage des Garzeitendes immer wichtiger, welche Garraumtemperatur in dem Garraum herrscht und/oder ob die für den vorliegenden Garvorgang am besten geeignete Prozesstechnik angewendet wird (z.B. die richtige Kombination von Heizkörpern wie Ober- und Unterhitze und/oder ein passgenauer zusätzlicher Anteil an Mikrowellenenergie, usw.). Die allgemeine Vorgehensweise kann daher umfassen, zu Anfang eines Garvorgangs mit Standard- Prozesseinstellungen zu garen, bis eine erste Grobschätzung des Gewichts vorliegt, und dann mit einer immer präziser werdenden Gewichtsschätzung eine immer präzisere Prozesssteuerung einzustellen. Spätestens mit Erreichen eines Beharrungszustands (der weiter unten genauer beschrieben ist) kann zudem eine genaue Garzeitende-Voraussage getroffen und dem Benutzer über die Anzeige mitgeteilt werden.
Diese Vorgehensweise ist analog für manuell eingestellte Garvorgänge nutzbar.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Gewicht des Beladungsguts, insbesondere Garguts, beim Betriebsstart noch nicht bekannt ist. Dann kann die Gewichtsberechnung während des Garvorgangs, wobei das Gewicht zunächst grob und dann immer genauer bestimmbar ist. Dies ist besonders nutzerfreundlich. Jedoch ist es auch möglich, dass das Gewicht anfänglich durch einen Nutzer eingegeben worden ist und durch das Verfahren an das gemessene (tatsächliche) Gewicht angepasst wird. Dies kann insbesondere auch dann vorteilhaft sein, wenn sich das Gewicht des Behandlungsguts im Laufe des Garvorgangs ändert, z.B. durch Wasserverlust.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Gewicht bzw. äquivalent dazu die Masse m des Beladungsguts aus der aufgenommenen Wärmemenge Q beruhend auf der Beziehung m = f (Q, Tsoii, ...) mit Tsoii einer eingestellten Garraum-Solltemperatur und f einer experimentell und/oder numerisch bestimmten Funktion. Die Funktion f kann beispielsweise thermische Eigenschaften des Garraums wie - ggf. von einer aktuellen Temperatur des Garraums abhängige - Wärmeverluste usw. berücksichtigen.
Dabei kann ausgenutzt werden, dass die spezifische Wärmekapazität cw für viele, auch unterschiedliche Beladungsgüter (insbesondere Lebensmittel) als ein undifferenzierter, pauschaler Wert angenommen werden kann, da cw überraschenderweise für viele unterschiedliche Beladungsgüter grob übereinstimmt. Das Gewicht m des Garguts ist daher auch ohne Kenntnis der Art des Beladungsguts, insbesondere auch ohne genaue Kenntnis seiner spezifischen Wärmekapazität cw, bereits vorteilhaft anwendbar.
Die Funktion f kann außer der Garraum-Solltemperatur TS0u noch weitere Parameter umfassen, falls bekannt, z.B. eine von der Art des Beladungsguts abhängige (genauer bekannte) spezifische Wärmekapazität cw des Beladungsguts, sein Volumen, eine Oberflächentemperatur des Beladungsguts, eine Kerntemperatur des Beladungsguts, eine Art der aktivierten Wärmeeinbringungseinrichtungen, usw., wie auch weiter unten genauer ausgeführt.
Das Gewicht m lässt sich besonders einfach aus einer der der Beziehungen m = f (Tsoii, ...) ■ Q oder m = (1 / cw) • f" (Tsoii, ...) ■ Q bestimmen, da dann die Funktion f (welche nicht mehr von der Wärmemenge Q abhängt) und insbesondere die Funktion f" (welche nicht mehr von der Wärmemenge Q und der spezifischen Wärmekapazität cw des Beladungsguts abhängt) einfacher berechenbar sind und zudem nur in einmal für die eingestellte Garraum-Solltemperatur TS0H und ggf. die weiteren Parameter bestimmt zu werden braucht, während die aufgenommene Wärme- menge Q und, in Fall von f", die spezifische Wärmekapazität cw einfach als Faktoren variierbar sind.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die ermittelte Wärmeaufnahme, und insbesondere daraus das Gewicht, anhand eines zeitlich akkumulierten Energieverbrauchs zu berechnen. Dies ist besonders vorteilhaft, da sich die in das Beladungsgut eingebrachte Wärmemenge so besonders präzise bestimmen lässt.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die ermittelte Wärmeaufnahme, und insbesondere daraus das Gewicht, anhand einer Differenz eines aktuell (d.h., während eines laufenden Garvorgangs) akkumulierten Energieverbrauchs zu einem akkumulierten Referenz-Energieverbrauch ("Energiedifferenz") zu berechnen. Dies erhöht vorteilhafterweise eine Genauigkeit einer Gewichtsbestimmung erheblich, da diese Energiedifferenz mit der von dem Beladungsgut, insbesondere Gargut, aufgenommenen Wärmemenge gleichgesetzt werden kann, weil die thermischen Effekte des Garraums sowie Energieverluste aus dem Garraum heraus durch den Referenz-Energieverbrauch berücksichtigt werden.
Die Energie- bzw. Leistungsdifferenz lässt sich beispielsweise durch Differenzbildung von aktuell gemessenen Energieverbrauchswerten und zeitlich entsprechenden Referenz- Energieverbrauchswerten und Addition dieser Differenzen berechnen. Dies entspricht einer Bestimmung einer Differenz eines zeitlichen Verlaufs ("Kurve") des aktuellen Energieverbrauchs von der Referenzkurve. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich die Energiedifferenz im Laufe eines Garvorgangs typischerweise verstärkt und sich damit die ermittelte Wärmeaufnahme, und insbesondere daraus das Gewicht, immer genauer bestimmen lässt. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine anfängliche Grobbestimmung der ermittelten Wärmeaufnahme, und insbesondere daraus des Gewichts, welche mit fortschreitendem Garvorgang verfeinerbar ist.
Unter einem Referenz-Energieverbrauch kann insbesondere ein Energieverbrauch verstanden werden, welcher unter vorgegebenen Referenzbedingungen auftritt, z.B. bei leerem Garraum, bei einem mit einem leeren Gargutbehälter beschickten bzw. bestückten Garraum, usw. Die Referenzkurven entsprechen dem zeitlichen Verlauf eines solchen Energieverbrauchs.
Es kann eine oder es können mehrere Referenz-Energieverbrauchskurven bzw. Referenzkurven vorhanden sein. Bei Vorliegen mehrerer Referenzkurven können diese einem Aufheizen unter Anwesenheit unterschiedlicher Gargutbehälter bzw. Gargefäße, ggf. unterschiedlicher Gargutablageflächen (z.B. Backblech, Gitterrost, Teleskopauszüge) und/oder unter unterschiedlichen Betriebsparametern (z.B. unterschiedlichen Soll- Garraumtemperaturen) entsprechen, was Bestimmung der ermittelten Wärmeaufnahme, und insbesondere daraus des Gewichts, weiter verbessert.
Einige oder alle Referenzkurven können von einem Hersteller für bestimmte vorgegebene Gargutbehälter bestimmt werden und sind dann von einem Nutzer für ähnliche Gargefäße geeignet anwählbar. Es ist eine Weiterbildung, dass die Referenzkurven für einen bestimmten Gerätetyp von Haushaltsgerät aufgenommen werden ("Gerätetyp-Normal") und dann auf allen Haushaltsgeräten dieses Gerätetyps gespeichert werden bzw. sind. Es ist eine für eine Bereitstellung von besonders genau passenden Referenzkurven vorteilhafte Weiterbildung, dass in der laufenden Fertigung die Leistung mindestens einer Energieeinbringungseinrichtung für jedes Haushaltsgerät genau gemessen wird, um beispielsweise bei getaktet betriebenen Widerstandsheizkörpern gerätespezifisch aus dem Ein/Aus-Takt der Schaltrelais die aufgenommene Leistung bzw. Energiemenge bestimmen zu können. Es kann dann auf Einzelgerätebasis eine Abweichung vom einem vorausgehenden "Gerätetyp-Normal" ermittelt werden. Diese Abweichung kann durch einen gerätespezifischen Korrekturfaktor ausgedrückt werden, mit dem das Gerätetyp-Normal korrigiert wird.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Nutzer Referenzkurven für eigene Gargutbehälter und/oder selbst eingestellte Betriebsparameter aufnehmen, was eine Gewichtsbestimmung weiter verbessert.
Diese Referenzkurven brauchen im einfachsten Fall nur einmal für einen bestimmten Gargutbehälter und/oder einen bestimmten Satz von Betriebsparametern durchgeführt zu werden. Jedoch kann ein Nutzer die Referenzkurven auch erneut aufnehmen, welche dann an die Stelle der bisherigen Referenzkurven treten. Dies kann z.B. zur Berücksichtigung von Alterungseffekten der Wärmeeinbringungsvorrichtungen o.ä. sinnvoll sein. Al- ternativ oder zusätzlich kann das Haushaltsgerät den Nutzer auffordern, die Referenzkur- ve(n) erneut aufzunehmen. Dazu kann das Haushaltsgerät beispielsweise einen Betriebsstundenzähler aufweisen und dem Benutzer nach Ablauf einer vorher festgelegten Betriebsdauer der Wärmeeinbringungsvorrichtungen einen Vorschlag ausgeben, die Referenzkurven neu aufzunehmen.
Es ist eine Weiterbildung, dass eine Referenzkurve eine Referenzkurve für einen leeren Garraum umfasst.
Die Energiedifferenz kann ab unterschiedlichen Zeitpunkten des Heizvorgangs betrachtet bzw. bestimmt werden: a) In einer Ausgestaltung, die insbesondere dann relevant ist, wenn keine gesonderte Vorheizphase (bei welcher der Garraum noch unbeladen aufgeheizt wird) vorgesehen ist, kann die Energiedifferenz mit Beginn des Garvorgangs bestimmt werden. Dies ergibt den Vorteil, dass Energieeinträge in das Beladungsgut besonders einfach berücksichtigt werden können, welche während der Aufheizphase (bei welcher der Garraum auf seine vorgegebene Solltemperatur aufgeheizt wird) auftreten. Dabei wird ausgenutzt, dass die Solltemperatur umso später erreicht wird, je höher die thermische Masse des Beladungsguts ist. Mittels dieser Ausgestaltung können dann auch Energiedifferenzen im zeitlichen Übergangsbereich zwischen Aufheizphase und folgender Heizphase bei Sollgarraumtemperatur ("Konstantheizphase") besonders präzise berücksichtigt werden. Da während der Aufheizphase die mindestens eine Wärmeeinbringungsvorrichtung - typischerweise unabhängig von dem Beladungsgut - mit hoher, insbesondere maximaler, Heizleistung betrieben wird, bis die Soll-Garraumtemperatur erreicht ist, wird die Energiedifferenz bis zum Erreichen der Soll-Garraumtemperatur der Referenzkurve zumindest annähernd null betragen. Jedoch wird sich die Energiedifferenz bereits in einem Zeitabschnitt zwischen dem Erreichen der Soll-Garraumtemperatur in der Referenzkonfiguration und dem Erreichen der Soll-Garraumtemperatur der aktuellen Konfiguration mit Gargut merklich von null unterscheiden, da ab Erreichen der Soll-Garraumtemperatur in der Referenzkonfiguration der Energieverbrauch an der mindestens einen Wärmeeinbringungsvorrichtung auf einen Wert gesenkt wird, der zum Halten der Soll-Garraumtemperatur ausreicht. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ist es, dass dieser Zeitpunkt besonders einfach bestimmbar ist und insbesondere nicht aufwändig berechnet zu werden braucht. b) In einer Ausgestaltung, die insbesondere dann relevant ist, wenn keine gesonderte Vorheizphase (bei welcher der Garraum noch unbeladen aufgeheizt wird) vorgesehen ist, kann die Energiedifferenz mit Beginn einer Konstantheizphase bestimmt werden. Der Beginn der Konstantheizphase kann dadurch festgestellt werden, dass die Solltemperatur erreicht ist und/oder der Energieverbrauch der mindestens einen Wärmeeinbringungsvorrichtung im Vergleich zum Energieverbrauch während der Aufheizphase merklich geringer bzw. abgesenkt worden ist. Dass der Energieverbrauch merklich geringer ist, kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, dass mindestens ein Energieverbrauchssensor vorhanden ist, welcher die durch die mindestens eine Wärmeeinbringungsvorrichtung verbrauchte Energie misst, bei getaktet betriebener Wärmeeinbringungsvorrichtung ein Tastgrad der in die Wärmeeinbringungsvorrichtung eingebrachten Energie bzw. Leistung merklich sinkt, insbesondere merklich geringer ist als ein, häufig maximaler, Tastgrad, welcher typischerweise während einer Aufheizphase verwendet wird; und/oder in einer Energieverbrauchskurve einen Zeitpunkt stärkster Krümmung zu bestimmen und diesen Zeitpunkt als Startzeitpunkt zur Bestimmung der Energiedifferenz zu verwenden.
Die Verwendung eines Energieverbrauchssensors ergibt allgemein den Vorteil, dass sich der Energieverbrauch durch direkte Messung besonders genau bestimmen lässt. Störgrößen mit potenziell negativen Effekten auf die Genauigkeit der Energieverbrauchsbestimmung wie Alterungseffekte der Wärmeeinbringungsvorrichtung, Netzspannungsschwankungen, usw. können dadurch ausgeschlossen bzw. kompensiert werden. Der Energieverbrauchssensor kann z.B. als Shunt- Widerstand oder induktiver Stromsensor ausgebildet sein, woraus sich mit einer zugehörigen Spannungsmessung eine in eine Wärmeeinbringungsvorrichtung eingespeiste elektrische Energie bzw. Leistung P z.B. einfach über P = U ■ I berechnen lässt.
Der Tastgrad ist ebenfalls ein ausreichend zuverlässiges Maß für den Energieverbrauch, da typischerweise die in eine Wärmeeinbringungsvorrichtung eingespeiste Energie eine konstante Pulshöhe der Versorgungsspannung aufweist und daher der Tastgrad bzw. analog dazu die Einschaltzeit direkt in die verbrauchte elektrische Energie umrechenbar ist. Bei Verwendung des Tastgrads kann auf einen Energieverbrauchssensor verzichtet werden, was Komponenten und damit Kosten spart. Es ist folglich eine Möglichkeit, das Erreichen der Konstantheizphase aus einem Erreichen einer Soll-Garraumtemperatur oder aus einer Reduzierung eines Tastgrads mindestens einer getaktet betriebenen Wärmeeinbringungsvorrichtung zu bestimmen. Durch einen Korrekturfaktor können oben genannte Störgrößen und deren Einfluss auf die Genauigkeit korrigiert werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Erreichen der Konstantheizphase aus einer Krümmung der aktuell aufgenommenen Energieverbrauchskurve bestimmt wird, insbesondere aus dem Zeitpunkt stärkster Krümmung der Energieverbrauchskurve. Dabei wird ausgenutzt, dass bei einem Garvorgang die Energieverbrauchskurve während der Aufheizphase linear verläuft und dann mit Beginn der bzw. mit Übergang in die Konstantheizphase gekrümmt verläuft. Die Krümmung nimmt mit zunehmender Heizdauer stetig ab, da das Beladungsgut immer stärker durchwärmt wird. Bleibt die Veränderung der Steigung unter einem bestimmten Schwellwert (z.B. 10% des bisher ermittelten Maximalwerts), kann die dem Gargerät zugeführte Energie bzw. Leistung als annähernd konstant angenommen werden: Beharrung ist erreicht und die Wärmekapazität des Garguts (wie auch des Garraums bzw. Gargeräts) ist gesättigt. Wenn das Gargut keine zusätzliche Wärme mehr aufnehmen kann bzw. sich die Wärmeaufnahme des Garguts stark verringert hat, wird sich die Steigung der aktuellen Energieverbrauchskurve der Steigung der Referenzkurve angleichen. Sie kann im Beharrungszustand zumindest annähernd linear verlaufen. Die stärkste Krümmung ergibt sich also bei Übergang von der Aufheizphase zur Konstantheizphase und ist daher ein geeignetes Maß zur Bestimmung des Zeitpunkts des Beginns der Konstantheizphase. Sie lässt sich besonders zuverlässig durch Bildung der zweiten zeitlichen Ableitung der Energieverbrauchskurve bzw. der ersten Ableitung der Leistungsaufnahme bestimmen, da sich zum Zeitpunkt der stärksten Krümmung ein Peak bzw. ein Minimum ausbildet, der durch automatische Kurvenauswertung vergleichsweise einfach bestimmbar ist.
Als der Beginn der Konstantheizphase kann der Beginn der Konstantheizphase der aktuell gemessenen Energieverbrauchskurve oder der Beginn der Konstantheizphase der Referenz-Energieverbrauchskurve verwendet werden. Die Bestimmung des Beginns der Konstantheizphase aus dem Energieverbrauch weist allgemein den Vorteil auf, dass dieser weitgehend unabhängig von kurzzeitigen thermischen Effekten innerhalb des Garraums ist.
Jedoch kann das Erreichen bzw. der Beginn der Konstantheizphase grundsätzlich auch dem Zeitpunkt des Erreichens der Soll-Garraumtemperatur gleichgesetzt werden. c) In einer Ausgestaltung, die insbesondere dann relevant ist, wenn eine gesonderte Vorheizphase vorgesehen ist oder durchgeführt wird, kann die Energiedifferenz ab einem Zeitpunkt eines Beginns einer auf eine Vorheizphase folgenden Garphase berechnet werden. Dieser Zeitpunkt kann z.B. durch eine Türöffnung festgestellt werden. Die von der thermischen Last des Beladungsguts abhängige Spreizung zwischen aktueller Energieverbrauchskurve und Referenzkurve ist hier besonders schnell signifikant, und dementsprechend die Genauigkeit der Energiemengen- oder Gewichtsbestimmung. Es ist eine Ausgestaltung, dass die Energiedifferenz mittels eines die Türöffnung berücksichtigenden Korrekturwerts korrigiert wird, was eine Genauigkeit der Energiemengen- oder Gewichtsbestimmung weiter erhöht. Der Korrekturwert kann ein multiplikativer Korrekturfaktor oder ein additiver Korrekturwert sein. Insbesondere kann der additive Korrekturwert bei einer Türöffnung von dem gemessenen Energieverbrauch abgezogen werden. Die Größe des Korrekturwerts kann beispielsweise abhängig von der Garraumtemperatur, einer Differenz der Garraumtemperatur unmittelbar vor und nach der Türöffnung, einer Feuchte in dem Garraum und/oder einer Differenz der Feuchte in dem Garraum unmittelbar vor und nach der Türöffnung, usw. bestimmt werden, z.B. anhand entsprechender Kennlinien.
In allen beschriebenen Fällen kann der Energieverbrauch mittels eines Energieverbrauchssensors oder bei getaktet betriebenen Wärmeeinbringungsvorrichtungen aus deren Einschaltzeiten bestimmt werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Gargerät, insbesondere die Datenverarbeitungseinrichtung, dazu eingerichtet ist, einen getauten Zustand des Beladungsguts festzustellen und die aufgenommene Wärmemenge erst nach Ende eines Auftauvorgangs zu berücksichtigen. Es sollte also zur Energiemengen- oder Gewichtsbestimmung nur der Energieverbrauch nach dem Auftauen berücksichtigt werden (vorteilhafterweise mit einem (weiteren) additiven Korrekturwert, welcher insbesondere von dem gemessenen Energiever- brauch abgezogen wird, da begleitend der Garraum bereits durcherwärmt wird). Dies ermöglicht eine besonders zuverlässige Energiemengen- oder Gewichtsbestimmung auch bei anfänglich gefrorenem Gargut. Bei dieser Ausgestaltung wird ausgenutzt, dass gefrorenes Gar- bzw. Lagergut in der Regel gefrorenes Wasser aufweist, zu dessen Schmelzen und Verdampfung viel thermische Energie benötigt wird, die nicht der Wärmekapazität des Garguts zugeschlagen werden darf. Das Vorliegen eines gefrorenen Zustands kann z.B. mittels eines das Beladungsgut abfühlenden IR-Sensors (z.B. einer Wärmekamera) erkannt werden. Gibt es eine solche Temperaturinformation nicht, kann dennoch über einen zunächst ungewöhnlich flachen Verlauf der Temperaturkurve der Garraumtemperatur mit anschließendem Übergang zu einer deutlich größeren Steigung erkannt werden, dass das Gargut offenbar gefroren war. Eine sich aus dem Vorliegen eines gefrorenen Zustands ergebende Konsequenz kann eine Zeit- bzw. Temperaturanpassung für den weiteren Garvorgang umfassen. Außerdem kann dem Nutzer eine Meldung ausgegeben werden, wodurch dieser sein Benutzerverhalten in Zukunft verbessern könnte.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Gargerät, insbesondere die Datenverarbeitungseinrichtung, dazu eingerichtet ist, das Gewicht zusätzlich anhand einer Art des Beladungsguts zu berechnen. Dies erhöht eine Genauigkeit bzw. Zuverlässigkeit der Gewichtsbestimmung weiter. Diese Ausgestaltung kann beispielsweise dadurch umgesetzt sein, dass bei bekannter Art des Garguts eine entsprechender genauere spezifische Wärmekapazität cw verwendet wird, um das Gewicht m aus der aufgenommenen thermischen Energie Q zu bestimmen. Die Art des Garguts kann eine vergleichsweise grobe Gargutkategorie, wie z.B. "Fleisch", "Fisch", Gemüse", usw., eine feinere Gargutkategorie, wie z.B. "Schnitzel", "Geschnetzeltes", usw. oder noch genauer eine Speise, wie z.B. "Pizza", "Kartoffelauflauf", usw. sein. Die entsprechenden spezifische Wärmekapazitäten und/oder die Funktionen f und/oder f können in einer abrufbaren Datenbank hinterlegt sein. Die Funktionen f und/oder f können alternativ für jeden Garvorgang neu berechnet werden.
Um die Art des Garguts zu bestimmen oder festzulegen, ist es möglich, dass diese von einem Nutzer eingegeben wird und/oder automatisch bestimmt wird, z.B. durch Objektauswertung anhand eines mittels einer Kamera aufgenommenen Bilds.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Gargerät, insbesondere die Datenverarbeitungseinrichtung, dazu eingerichtet ist, das Gewicht zusätzlich anhand eines Volumens bzw. einer Größe und/oder einer Form des Beladungsguts zu berechnen. Dies erhöht eine Genauigkeit bzw. Zuverlässigkeit der Gewichtsbestimmung weiter. Dabei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass beispielsweise für großes Gargut mit eher kugelrunder Form in der Regel ohne Berücksichtigung der Form ein zu geringes Gewicht berechnet wird, für leichtes Gargut in flächig ausgebreiteter Form in der Regel ein ohne Berücksichtigung der Form zu hohes Gewicht berechnet wird. Das Volumen und/oder die Form können z.B. durch Objektauswertung anhand eines mittels einer Kamera aufgenommenen Bilds, Konturerkennung mit Laser oder Ultraschall festgestellt werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass im Verlauf des Garvorgangs das Gewicht zeitlich nacheinander mehrfach bestimmt wird und der Garvorgang zur Gewichtsbestimmung an das zuletzt bestimmte Gewicht angepasst wird. Dabei wird ausgenutzt, dass sich das Gewicht des Behandlungsguts mit fortschreitendem Garvorgang bzw. Garverlauf in der Regel immer genauer bestimmen lässt. Die vorliegende Methode zur Gewichtsbestimmung ermöglicht also insbesondere eine schnelle Grobbestimmung des Gewichts, welche im Laufe des Garvorgangs verfeinerbar ist.
Insbesondere können Betriebsparameter des Gargeräts wie die Soll-Garraumtemperatur, ein Garzeitende usw., angepasst werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Garvorgang im Rahmen eines Automatik- bzw. Garprogramms abläuft.
Zusätzlich zu dem Gewicht kann der Garvorgang auch anhand einer oder mehrerer der folgenden Eingangsgrößen angepasst werden und/oder das Garzeitende genauer bestimmt werden:
Bräunungsgrad des Garguts,
Oberflächentemperatur des Garguts (z.B. ermittelbar über einen IR-Sensor), Kerntemperatur des Garguts (z.B. ermittelbar über einen Kerntemperaturfühler), Feuchte des Garraums und/oder des Garguts, usw.
Beispielweise können Gargeräte, die über einen Feuchtesensor verfügen können, dessen Messwerte zusätzlich nutzen, um das Garzeitende exakter zu bestimmen, da die Feuchtigkeit einen Einfluss auf die Gargeschwindigkeit hat. Mit Hilfe des Feuchtigkeitswertes kann über hinterlegte Korrekturwerte die Garzeit verlängert oder verkürzt werden, um bessere Garergebnisse zu erzielen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Haushaltsgargeräts, bei dem eine von einem in einem Garraum mittels Wärmeenergie behandelten Beladungsgut aufgenommenen Wärmemenge anhand eines Energieverbrauchs mindestens einer Wärmeeinbringungsvorrichtung berechnet wird und ein Garvorgang beruhend auf der berechneten aufgenommenen Wärmemenge gesteuert wird. Das Verfahren kann analog zu dem Gargerät ausgebildet werden, und umgekehrt, und ergibt die gleichen Vorteile.
So kann beispielsweise ein Garvorgang beruhend auf dem aus der aufgenommenen Wärmemenge abgeleiteten Gewicht des Beladungsguts gesteuert bzw. angepasst werden.
Auch kann in einer Weiterbildung eine eigene Referenz-Energieverbrauchskurve durch einen Nutzer beispielsweise folgendermaßen aufgenommen werden:
Der Nutzer stellt einen leeren Gargutbehälter auf eine Gargutablagefläche (z.B. einen Gitterrost oder ein Backblech) und startet für diesen Beschickungszustand ein extra dafür vorgesehenes, ggf. betriebsartenspezifisches, Referenzprogramm. Im Rahmen dieses Referenzprogramms heizt das Gargerät bis zu einer vorgegebenen Soll-Garraum- temperatur auf und führt den Betrieb danach so lange fort, bis der Energiefluss in den Garraum konstant ist. Dann herrscht ein Gleichgewichtszustand des Garraums bezüglich der aus den Heizkörpern aufgenommener Energie und abfließender Energie über die Be- wandung des Garraums und, falls vorhanden, einen Wrasenabzug. Die dabei aufgenommene Kurve des Energieverbrauchs über die Zeit stellt die Referenzkurve für diesen Beschickungszustand dar. Der Nutzer speichert die Referenzkurve im Gerät für diesen Beschickungszustand und kann sie später verwenden. Optional kann auch der zugehörige Temperaturverlauf mitgespeichert werden. Dieser Vorgang wird nur einmal durchgeführt und ist bezogen auf den Beschickungszustand und die dabei eingestellte Soll-Garraum- temperatur. Das Referenzprogramm kann für unterschiedliche Beschickungszustände (z.B. für unterschiedliche Soll-Garraumtemperaturen und/oder unterschiedliche Gargutbehälter) erneut durchgeführt werden. Alternativ (aber weniger präzise auf spezifische Gargefäße des Nutzers abstimmbar) können zumindest einige der Referenzkurven vom Hersteller für übliche Gargefäße bestimmt werden und sind vom Kunden für seine Gargefäße geeignet anwählbar.
Das Gewicht von Gargut kann während eines Garvorgangs beispielsweise wie folgt bestimmt werden, wobei angenommen wird, dass mindestens eine Referenzkurve des Energieverbrauchs vorliegt:
Für den Fall, dass Gargut in den Garraum eingebracht und der Garbetrieb dann erst gestartet wird, also auf ein gesondertes Vorheizen ohne Gargut verzichtet wird:
Das Gargut wird in den Garraum verbracht und das Gargerät dann mit einer vorgegebenen Soll-Garguttemperatur gestartet.
Ab dem Start des Garvorgangs wird der Energieverbrauch der mindestens einen Wärmeeinbringungsvorrichtung aufgezeichnet und als aktuelle Energieverbrauchskurve abgespeichert.
Es wird fortlaufend der Gradient der zeitlich akkumulierten Energieverbrauchskurve bestimmt. Während der Aufheizphase wird die mindestens eine Wärmeeinbringungsvorrichtung typischerweise mit voller Energie bzw. Leistung gespeist, so dass sich ein linearer Verlauf der Energieverbrauchskurve ergibt. Wenn die Aufheizphase mit Erreichen der Soll-Garraumtemperatur abgeschlossen ist, wird die in die mindestens eine Wärmeeinbringungsvorrichtung eingebrachte Energie bzw. Leistung verringert, um die Soll-Garraumtemperatur im Rahmen einer Konstantheizphase zu halten. Dies bewirkt eine Krümmung der sich dann zunächst stetig abflachenden Energieverbrauchskurve, wobei die Krümmung am Übergang zu der Konstantheizphase am größten ist. Bleibt die Veränderung der Steigung der akkumulierten Energieverbrauchskurve unter einem bestimmten Schwellwert (z.B. 10 % des bisher ermittelten Maximalwerts), kann der dem Gargerät zugeführte Leistungsfluss als annähernd konstant angenommen werden, Beharrung ist erreicht und die Wärmekapazität des Garguts ist gesättigt. Da das Gargut im Beharrungszustand keine zusätzliche Wärme mehr aufnehmen kann bzw. sich die Wärmeaufnahme des Garguts ggf. sogar verrin- gert, wird sich die Steigung der aktuell aufgenommenen Energieaufnahmekurve der Steigung der Referenzkurve angleichen.
Aus der aktuell aufgenommenen Energieverbrauchskurve wird deren zweite Ableitung bestimmt (d.h., die Änderungsrate ihrer Steigung) und auf ein Auftreten einer negativen Spitze bzw. eines Minimum-Peaks hin überwacht. Der Zeitpunkt des Auftretens dieser Spitze entspricht dem Zeitpunkt des Übergangs in die Konstantheizphase. Die Bildung der zweiten Ableitung der Energieverbrauchskurve ergibt einen genauer bestimmbaren Zeitpunkt des Übergangs in die Konstantheizphase als die Bestimmung der Steigung (also der ersten Ableitung der Energieverbrauchskurve). Die Bestimmung des Übergangs in die Konstantheizphase aus der Energieverbrauchskurve ist präziser als die Bestimmung anhand der Garraumtemperatur, da Überschwinger und andere thermische Störeffekte unterdrückt oder nicht berücksichtigt werden.
Folgend wird die Differenz des aktuell aufgezeichneten Energieverbrauchs und des Referenzenergieverbrauchs ab dem zuvor aus der Kurvenauswertung bestimmten Zeitpunkts des Übergangs in die Konstantheizphase berechnet und daraus das Gewicht des Garguts berechnet.
Zu Beginn der Energiedifferenzberechnung wird sich das Gewicht noch vergleichsweise ungenau bestimmen lassen, was aber bereits ausreicht, um eine zur Anpassung des Garvorgangs an das Gewicht ausreichende Grobeinschätzung abzugeben. Mit fortlaufendem Garvorgang lässt sich das Gewicht genauer bestimmen und sich der Garvorgang entsprechend besser an das Gewicht des Garguts anpassen.
Für den Fall, dass der Garraum vorgeheizt wird und das Gargut erst nach der Vorheizphase in den Garraum eingebracht wird, kann die Energiedifferenz unmittelbar nach Schließen der Garraumtür oder - um thermische Effekte durch den Wärmeverlust bei offener Tür auszuschließen - nach einer vorbestimmten zeitlichen Verzögerung berechnet werden. Beispielsweise kann im ersten Fall auf das Öffnen der Garraumtür im laufenden Betrieb kompensatorisch dadurch reagiert werden, dass die Öffnungszeit ermittelt wird und ein Korrekturwert von dem gemessenen Energieverbrauch abgezogen wird. Der Korrekturwert kann für jeden Grundgerätetyp im Labor ermittelt werden und unterscheidet sich je nach Garsituation (also z.B. in welcher Garphase die Tür geöffnet wurde, ob die austretende, warme Luft schon einen hohen oder nur einen niedrigen Feuchtegehalt aufweist, 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 Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.
Fig.1 zeigt eine Auftragung einer akkumulierten Energie eines Garvorgangs ohne Vorheizen für einen mit Gargut bestückten Garraum und für Referenzbedingungen über die Zeit;
Fig.2 zeigt eine Auftragung der Tastverhältnisse der Einschaltzeiten der Wärmeeinbringungsvorrichtung für den Garvorgang aus Fig.1 für den mit Gargut bestückten Garraum und für Referenzbedingungen über die gleiche Zeitachse wie in Fig.1; und
Fig.3 zeigt eine Auftragung einer Garraumtemperatur des Garvorgangs aus Fig.1a für den mit Gargut bestückten Garraum über die gleiche Zeitachse wie in Fig.1.
Zur Beschreibung der folgenden Figuren wird beispielhaft von einem Backofen (o. Abb.) mit einem durch eine Tür verschließbaren Garraum ausgegangen, der durch ein oder mehrere Wärmeeinbringungsvorrichtungen in Form von getaktet angesteuerten Widerstandsheizkörpern (z.B. einem Unterhitzeheizkörper, einem Oberhitzeheizkörper, einem Grillheizkörper und einem Ringheizkörper) heizbar ist. Der Backofen weist ferner einen Temperatursensor zur Erfassung einer Garraumtemperatur auf. Die Ansteuerung der Widerstandsheizkörper erfolgt unter Berücksichtigung der Garraumtemperatur durch eine Steuereinrichtung des Backofens. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, Automatikprogramme ablaufen zu lassen, die von einem Nutzer an einer entsprechenden Nutzerschnittstelle ausgewählt werden. Die Steuereinrichtung ist ferner als Datenverarbeitungsvorrichtung zur Durchführung einer Gewichtsbestimmung eingerichtet.
Die Steuereinrichtung ist zur Durchführung der Gewichtsbestimmung speziell dazu eingerichtet, nutzerindividuelle Referenzkurven akkumulierter Energieverbräuche aufzuneh- men. Dazu kann ein Nutzer an der Nutzerschnittstelle eine entsprechende Routine aufrufen, die beispielsweise so ausgestaltet sein kann, dass ein Nutzer dazu angewiesen wird, einen bestimmten Gargutbehälter in den Garraum zu verbringen, eine Soll- Garraumtemperatur auszuwählen und einen bestimmten Betriebsmodus (z.B. Heißluftbetrieb, Grillbetrieb, Ober-/Unterhitze-Betrieb, usw.). Der Backofen heizt dann den zunächst kalten Garraum auf die Soll-Garraumtemperatur auf und registriert anhand der Einschaltzeiten der Widerstandsheizkörper deren Energieverbrauch, ggf. unter Berücksichtigung eines Korrekturfaktors. Die für eine Referenzbedingung aufgenommene Energieverbrauchs-Referenzkurve wird zusammen mit den zugehörigen Einstellgrößen und ggf. zusammen mit der Kurve der Garraumtemperatur abgespeichert.
Fig.1 zeigt eine Auftragung einer akkumulierten Energie Ea eines Garvorgangs ohne Vorheizen für einen mit Gargut bestückten Garraum, Ea_a, und für Referenzbedingungen, Ea_r, über die Zeit t, und zwar anhand einer entsprechenden Kurve Ka für den aktuellen Garvorgang und einer Referenzkurve Kr. Die Bedingungen des aktuellen Garvorgangs unterscheiden sich von den Referenzbedingungen beispielhaft nur dadurch, dass beim aktuellen Garvorgang zusätzlich Gargut in dem Garraum des Backofens vorhanden ist, z.B. in dem auch für die Referenzbedingungen verwendeten Gargutbehälter.
Während einer anfänglichen, bei tO beginnenden Aufheizphase sowohl des aktuellen Garvorgangs als auch der Aufheizung unter Referenzbedingungen werden die dem ausgewählten Betriebsmodus entsprechenden Widerstandsheizkörper mit hoher, insbesondere maximaler, Leistung betrieben, bis die Ziel- bzw. Soll-Garraumtemperatur TS0u (siehe Fig.3) erreicht ist. Die Kurven Ka und Kr unterscheiden sich somit anfänglich nicht. Jedoch stellt das Gargut eine thermische Last oder Wärmesenke dar, die bewirkt, dass im aktuellen Garvorgang bzw. mit Gargut die Soll-Garraumtemperatur bei t1a später erreicht wird als unter Referenzbedingungen bei t1 r.
Ist die Soll-Garraumtemperatur TS0u erreicht, geht die Aufheizphase in eine Konstantheizphase über, in welcher das Tastverhältnis der Widerstandsheizkörper auf ein Maß reduziert wird, das ausreicht, die Soll-Garraumtemperatur TS0u zu halten. Fig.2 zeigt die zugehörigen Tastverhältnisse als Auftragung einer an einen ausgewählten Widerstandsheizkörper angelegten Betriebsspannung gegen die Zeit, wobei es bei Vorhandensein von Gargut (oberes Taktungsdiagramm) später verringert wird als im Referenzzustand (unte- res Taktungsdiagramm). Anhand der Verringerung des Taktverhältnisses kann daher festgestellt werden, wann die Soll-Garraumtemperatur TS0u erreicht worden ist, und zwar genauer als anhand einer Temperaturkurve.
Fig.3 zeigt die Temperaturkurve Ta der Garraumtemperatur Tg beispielhaft für den mit Gargut beladenen Garraum. Die Temperaturkurve für den Referenzzustand (o. Abb.) ist qualitativ ähnlich, wobei die Soll-Garraumtemperatur TS0u jedoch früher erreicht wird. Die Temperaturkurven unterscheiden sich ansonsten wenig, da sie auf die gleiche Soll- Garraumtemperatur Tsoii geregelt sind.
Mit Erreichen der Soll-Garraumtemperatur TS0u und damit der Konstantheizphase tritt ein merklicher Temperaturüberschwinger auf, ab dem sich die Garraumtemperatur Tg der Soll-Garraumtemperatur TS0u annähert. Nicht gezeigt, aber typischerweise vorhanden, ist eine Welligkeit der Temperaturkurve Ta während der Konstantheizphase t > t1a, welche sich aus der von der Steuereinheit durchgeführten Temperaturregelung ergibt.
Zurückkehrend zu Fig.1 flachen mit Erreichen der Soll-Garraumtemperatur TS0u sowohl die Kurve Ka als auch die Referenzkurve Kr aufgrund des dann geringeren Energieeintrags ab. Die Kurve Ka für den mit Gargut beladenen Garraum fällt dabei zunächst weniger stark ab als die Referenzkurve Kr, da das Gargut noch Wärmeenergie aufnimmt. Ist das Gargut im weiteren Verlauf des Garvorgangs durchgewärmt (hier durch den Zeitpunkt t2a angedeutet), gleichen sich die Steigungen der Kurven Ka und Kr an. Die (akkumulierte) Energiedifferenz AE zwischen den Kurven Ka und Kr entspricht somit der von dem Gargut aufgenommenen Wärmeenergie Q. Die Energiedifferenz AE zu einem bestimmten Zeitpunkt t entspricht der Differenz zwischen den Kurven Ka und Kr zu diesem Zeitpunkt t).
In einer Variante kann die Energiedifferenz AE ab dem Zeitpunkt t1a aus den Einschaltzeiten der Widerstandsheizkörper berechnet werden. Der Zeitpunkt t1a kann genau mittels einer Bestimmung einer negativen Spitze bzw. eines Minimums in der zweiten Ableitung der Kurve Ka festgelegt werden. Aus der Energiedifferenz AE lässt sich das Gewicht m des Garguts z.B. gemäß m = (1 / cw) • f (Tsoii, ■■■) ■ AE berechnen.
Anfänglich lässt sich aus der Energiedifferenz AE in der Regel das Gewicht zumindest grob abschätzen. Folgend wird die Genauigkeit der Gewichtsberechnung immer besser, bis die Durchwärmung des Garguts und damit ein Beharrungszustand bei t > t2a erreicht ist und der zeitliche Verlauf der Energiedifferenz AE ab dann in etwa konstant ist.
Auf Basis des aus der Energiedifferenz AE berechneten Gewichts kann der Garvorgang angepasst werden, z.B. durch Variation der zugehörigen Betriebsparameter, beispielsweise durch Verringerung oder Erhöhung der Soll-Garraumtemperatur TS0u, Ausschalten oder Zuschalten von Widerstandheizkörpern, eines Lüfters, Zugabe von Mikrowellenenergie und/oder Dampf, usw.
Die anfänglich nur grobe Kenntnis des Gewichts ist typischerweise nicht kritisch, da Lebensmittel anfangs erst sehr wenig garen und es deshalb dann noch nicht entscheidend ist, ob z.B. während der ersten zwanzig Minuten (von denen zudem ein großer Teil meist in die Aufheizphase fällt) die exakt für ein bestimmtes Gewicht geeignete Garraumtemperatur Tg eingestellt ist. Erst nach einiger Zeit (in der Regel erst nach etwa der Hälfte der gesamten Gardauer) wird es für ein gutes Gelingen immer wichtiger, welche Garraumtemperatur Tg in dem Garraum herrscht und/oder ob die für den vorliegenden Garvorgang optimal geeignete Prozesstechnik angewendet wird, z.B. die "richtige" Kombination der Heizkörper wie Ober- und Unterhitze, oder der passgenaue Anteil an Mikrowelle, usw. Eine Regel kann daher lauten: zum Anfang mit anfänglich vorgegebenen Prozesseinstellungen garen, bis die erste Grobschätzung des Gewichts vorliegt, dann ggf. die Betriebsparameter anpassen und folgend mit immer präziser werdender Gewichtsschätzung eine immer präzisere Prozesssteuerung vornehmen. So ist es möglich, während des Garvorgangs eine immer genauere Gewichtsschätzung an ein Garautomatik-Programm oder an einen nutzerdefinierten Garvorgang weiterzugeben, so dass sich der Garvorgang im Laufe des Betriebs immer besser an die vorliegende Garsituation anpassen kann.
Werden Betriebsparameter während des Garvorgangs geändert, kann ab diesem Zeitpunkt eine andere Energieverbrauchs-Referenzkurve verwendet werden, welche besser mit den geänderten Betriebsparametern übereinstimmt. Wird beispielsweise die Soll- Garraumtemperatur Tsoii verringert, kann ab diesem Zeitpunkt zur Bestimmung der Energiedifferenz eine Referenzkurve verwendet werden, die der verringerten Soll- Garraumtemperatur Tsoii entspricht, ggf. unter Verwendung eines Korrekturfaktors, der die thermische Trägheit des Garraums und ggf. des Gargutbehälters berücksichtigt. Das Gewicht lässt sich, wie bereits oben beschrieben, kalkulatorisch aus der Energiedifferenz bestimmen, z.B. durch Annahme einer proportionalen Beziehung, ggf. unter Verwendung von Proportionalitätsfaktoren, welche die Art, das Volumen und/oder die Form des Garguts berücksichtigen.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
So kann auch ein Schritt vorgesehen sein, die Energiedifferenz erst ab Vorliegen eines aufgetauten Zustands eines zuvor gefrorenen Garguts zu berechnen. Zudem können Art, Volumen und/oder Form des Garguts automatisch bestimmt und zur Anpassung des Proportionalitätsfaktors verwendet werden.
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, 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 Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste
Ea Akkumulierter Energieverbrauch
Ea_a Akkumulierter Energieverbrauch mit Gargut Ea_r Akkumulierter Energieverbrauch unter Referenzbedingungen
Ka Energieverbrauchskurve des aktuell durchgeführten Garvorgangs
Kr Energieverbrauchs-Referenzkurve
Tg Garraumtemperatur
Tsoll Soll-Garraumtemperatur t Zeit tO Beginn des Garvorgangs t1a Beginn einer Konstantheizphase des aktuell durchgeführten Garvorgangs t1r Beginn einer Konstantheizphase unter Referenzbedingungen t2a Erreichen einer Durchwärmung innerhalb der Konstantheizphase des aktuell durchgeführten Garvorgangs
U Spannung

Claims
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PATENTANSPRÜCHE Haushaltsgargerät, aufweisend einen Garraum und mindestens eine Wärmeeinbringungsvorrichtung zum Einbringen von Wärmeenergie in den Garraum und eine Datenverarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine von einem in dem Garraum mittels der Wärmeenergie behandelten Beladungsguts aufgenommenen Wärmemenge anhand eines Energieverbrauchs (Ea, Ea_a, Ea_r) der mindestens einen Wärmeeinbringungsvorrichtung zu berechnen, wobei das Haushaltsgargerät dazu eingerichtet ist, einen Garvorgang beruhend auf der aufgenommenen Wärmemenge zu steuern. Haushaltsgargerät nach Anspruch 1, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, anhand der aufgenommenen Wärmemenge ein Gewicht des Beladungsguts zu bestimmen und das Haushaltsgargerät dazu eingerichtet ist, einen Garvorgang beruhend auf dem bestimmten Gewicht zu steuern. Haushaltsgargerät nach Anspruch 2, wobei das Gewicht, m, zumindest unter Kenntnis der der aufgenommenen Wärmemenge, Q, und der eingestellten Garraum-Solltemperatur, Tsoii, aus m = f (Q, Tsoii, ...), mit f einer experimentell und/oder numerisch bestimmten Funktion, aus m = f (Tsoii, ...) ■ Q mit einer von der Wärmemenge, Q, unabhängigen Funktion f oder aus m = (1 / Cw) • f" (Tsoii, ...) ■ Q, mit einer von der Wärmemenge, Q, und der der angenommenen spezifischen Wärmekapazität des Beladungsguts, cw, unabhängigen Funktion f" berechnet wird.
4. Haushaltsgargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die aufgenommene Wärmemenge anhand eines akkumulierten Energieverbrauchs (Ea, Ea_a, Ea_r) zu berechnen.
5. Haushaltsgargerät nach Anspruch 4, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die aufgenommene Wärmemenge anhand einer Differenz eines aktuell akkumulierten Energieverbrauchs (Ea_a) zu einem akkumulierten Referenz-Energieverbrauch (Ea_r) zu berechnen.
6. Haushaltsgargerät nach Anspruch 5, wobei das Gargerät, insbesondere die Datenverarbeitungseinrichtung, dazu eingerichtet ist, die Differenz für einen Garvorgang ohne Vorheizphase ab einem Zeitpunkt (t1a; t1r) eines Erreichens einer auf eine Aufheizphase folgenden Konstantheizphase zu berechnen.
7. Haushaltsgargerät nach Anspruch 6, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das Erreichen der Konstantheizphase aus einer Krümmung einer aktuell aufgenommenen Energieverbrauchskurve (Ka) zu bestimmen.
8. Haushaltsgargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das Erreichen der Konstantheizphase aus einem Erreichen einer Soll-Garraumtemperatur (TS0n) oder aus einer Reduzierung eines Tastgrads mindestens einer getaktet betriebenen Wärmeeinbringungsvorrichtung zu bestimmen.
9. Haushaltsgargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Differenz ab einem Beginn einer auf eine Vorheizphase folgenden Garphase zu berechnen und wobei die Differenz mittels eines die Türöffnung berücksichtigenden Korrekturwerts korrigiert wird.
10. Haushaltsgargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung, dazu eingerichtet ist, den Energieverbrauch (Ea, Ea_a, Ea_r) aus Einschaltzeiten der mindestens einen Wärmeeinbringungsvorrichtung zu bestimmen. Haushaltsgargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, einen aufgetauten Zustand eines zuvor gefroren in den Garraum eingebrachten Beladungsguts festzustellen und die aufgenommene Wärmemenge (Ea, Ea_a, Ea_r) erst nach Ende eines Auftauvorgangs zu bestimmen. Haushaltsgargerät nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , wobei die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das Gewicht zusätzlich anhand einer Art, einer Form und/oder eines Volumens des Beladungsguts zu berechnen. Haushaltsgargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Wärmeeinbringungsvorrichtung mindestens einen Wärmestrahler und/oder mindestens einen Dampferzeuger umfasst. Haushaltsgargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Haushaltsgargerät dazu eingerichtet ist, anhand der berechneten aufgenommenen Wärmemenge einen Garvorgang anzupassen, wobei im zeitlichen Verlauf des Garvorgangs die aufgenommenen Wärmemenge zeitlich nacheinander mehrfach bestimmt wird und der Garvorgang an die zuletzt bestimmte aufgenommene Wärmemenge angepasst wird. Verfahren zum Betreiben eines Haushaltsgargeräts, bei dem eine von einem in einem Garraum mittels Wärmeenergie behandelten Beladungsguts aufgenommenen Wärmemenge anhand eines Energieverbrauchs (Ea, Ea_a, Ea_r) mindestens einer Wärmeeinbringungsvorrichtung berechnet wird und ein Garvorgang beruhend auf der berechneten aufgenommenen Wärmemenge gesteuert wird.
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