EP4248134A1 - Haushaltsgargerät und verfahren zum betreiben desselben - Google Patents

Haushaltsgargerät und verfahren zum betreiben desselben

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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
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EP
European Patent Office
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cooking
heat
cooking appliance
energy consumption
cooking chamber
Prior art date
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Pending
Application number
EP21801498.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Böttcher
Hans-Martin Eiter
Bastian Grass
Michael Heinz
Markus Kuchler
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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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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    • 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
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    • H05B1/0261—For cooking of food
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
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    • 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

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
24
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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