WO2014001097A1 - Gargerät mit sensor für garraum - Google Patents

Gargerät mit sensor für garraum Download PDF

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WO2014001097A1
WO2014001097A1 PCT/EP2013/062262 EP2013062262W WO2014001097A1 WO 2014001097 A1 WO2014001097 A1 WO 2014001097A1 EP 2013062262 W EP2013062262 W EP 2013062262W WO 2014001097 A1 WO2014001097 A1 WO 2014001097A1
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WO
WIPO (PCT)
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cooking appliance
cooking
lambda probe
sensor
oxygen content
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/062262
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Jürgen Bauer
Lothar Diehl
Christoph Peters
Harald Pfersch
Frank Stanglmeier
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
Robert Bosch 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 Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH, Robert Bosch Gmbh filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
Publication of WO2014001097A1 publication Critical patent/WO2014001097A1/de

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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
    • 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
    • F24C14/00—Stoves or ranges having self-cleaning provisions, e.g. continuous catalytic cleaning or electrostatic cleaning
    • F24C14/02—Stoves or ranges having self-cleaning provisions, e.g. continuous catalytic cleaning or electrostatic cleaning pyrolytic type

Definitions

  • the invention relates to a cooking appliance, in particular oven, with a cooking chamber and at least one sensor for detecting at least one property of the cooking chamber.
  • an evaluation of a moisture content in an oven allows conclusions about a state of cooking a food.
  • Known sensors for measuring the humidity are limited in their temperature range and therefore can not be installed in a cooking chamber of a baking oven, since temperatures occur there which are far higher than the allowable temperatures for the sensors, e.g. from up to 300 ° C in normal operation and up to 500 ° C in a pyrolysis operation.
  • Sensor elements for detecting at least a portion of at least one gas component of a gas in a measuring gas space are known from the prior art, as for example in Robert Bosch GmbH: Sensors in the motor vehicle, 1. Edition 2010, pages 160-165.
  • the sensor devices may be in particular
  • Oxygen sensors act. Lambda sensors based on an ionic conductive sensor element, typically zirconia (Zr0 2 ), usually compare
  • Galvanipotenzial a Meßgas bathen electrode with a galvanic potential of a reference electrode.
  • the lambda sensors are known in particular for exhaust gas control of gasoline engines, but also of pellet and woodchip heaters and diesel engines.
  • a lambda probe is a sensor which measures a residual oxygen content in a combustion exhaust gas in order to be able to regulate a ratio of combustion air to fuel for further combustion, for example in such a way that that neither a fuel nor an excess of air occurs.
  • the lambda probe is the main sensor in the control loop of a lambda control for catalytic exhaust gas purification.
  • a lambda probe can basically use two measurement principles: a measurement of a voltage of a solid-state electrolyte (Nernst probe) and a measurement of a current from which the oxygen partial pressure can be calculated over a large ⁇ range.
  • a cooking appliance having a cooking chamber and having at least one sensor for detecting at least one property of the cooking chamber, wherein the at least one sensor comprises at least one lambda probe.
  • the cooking appliance is a cooking appliance with a cooking chamber and with at least one lambda probe.
  • a lambda probe typically measures an oxygen content (oxygen concentration or oxygen partial pressure), thus serving as an oxygen sensor.
  • the at least one lambda probe can cooperate with an evaluation circuit, in particular in order to convert raw measurement signals into correlated measurement data, in particular digital measurement data.
  • the evaluation circuit may be integrated in the lambda probe, be an independent unit or e.g. be designed as a control device of the cooking appliance or the control device can also serve as an evaluation unit of the detection device.
  • the cooking appliance is set up to determine a moisture content from an oxygen content measured by means of the lambda probe. Consequently, such a moisture measurement can be provided even at high temperatures, especially directly in the oven. It exploits the fact that water vapor displaces air and generates cooking water during a normal cooking process. During a cooking process, therefore, the oxygen content decreases due to the generation of the water vapor (eg measurable in the form of an oxygen partial pressure pO 2 ), and vice versa. Consequently, it is possible to directly deduce the moisture from the measurement signal or the measured data of the lambda probe.
  • the moisture content determined from the oxygen content for control, regulation and / or monitoring.
  • a state of a cooking state of the food to be cooked can be detected from a course of moisture and be reacted accordingly by the cooking appliance.
  • food to be cooked will typically give off a relatively large amount of water vapor at the beginning of a cooking cycle, and subsequently less water vapor.
  • a cooking progress can be detected and the cooking appliance, for example, be switched off when reaching or falling below a predetermined threshold moisture or a temperature can be reduced. It is made possible to carry out this determination of the moisture content substantially independently of an operation of a steam blower or a vapor vent.
  • the cooking appliance is adapted to determine a moisture content based on a (direct) correlation with the oxygen content measured by the lambda probe.
  • This correlation can be determined quantitatively, for example experimentally.
  • the measured data of the lambda probe can be taken over directly by the control unit or converted beforehand into humidity values.
  • a direct correlation between the oxygen content and the moisture can be implemented, for example, by an arithmetic rule or calculation rule, by a stored table or by a characteristic curve, etc.
  • the oxygen content primarily measured by the lambda probe eg the oxygen partial pressure p02
  • the cooking appliance is adapted to detect opening of a cooking appliance door of the cooking chamber based on an increase in the oxygen content. This detection is possible if the oxygen content in the oven is below the normal value of 21%. In particular, a sudden, sharp increase in the oxygen content in the cooking chamber suggests an opening of a cooking chamber door during a cooking cycle. It has been found that in particular an increase of an oxygen concentration d (X ⁇ 2) / dt in a range of more than about 4% to about 8%, in particular of more than about 6%, per minute is a sure sign of a Opening a cooking chamber door is. In response to this, the cooking appliance may be switched off temporarily or permanently after detection in order to avoid a risk of burning a user, especially for child safety.
  • the cooking appliance is set up to detect an empty heating of the cooking chamber (heating with empty cooking space) on the basis of a characteristic, in particular longer-lasting and substantially constant, oxygen content.
  • a characteristic, in particular longer-lasting and substantially constant, oxygen content eg a course of the oxygen content (eg a course of an oxygen partial pressure pö 2 ) suggests an empty cooking space, because then no food can emit or burn water vapor.
  • the cooking appliance may in particular be switched off in response to the detection of the empty heating.
  • the cooking appliance is adapted to detect overcooking of liquid based on a drop in the oxygen content.
  • a sudden, sharp drop in the oxygen concentration in particular d (X ⁇ 2 ) / dt of about - 5% per minute or even stronger
  • the cooking appliance can respond to this, for example, with an automatic reduction of the cooking chamber temperature on the detection of overcooking to prevent further overcooking.
  • the cooking appliance is a pyrolysis appliance and is set up to control or regulate a pyrolysis process on the basis of an oxygen content.
  • the cooking appliance can be set up to detect an end of a pyrolysis combustion (organic residues during a pyrolysis process) on the basis of an at least no longer reducing oxygen content after reaching a setpoint temperature. This shows that the pyrolysis of the organic residues in the furnace is practically complete.
  • the end can be recognized in particular by the fact that the oxygen partial pressure increases again.
  • the achievement of the target temperature improves a reliable detection of complete combustion even of high-temperature-resistant organic radicals.
  • the pyrolysis process can be ended, which can save considerable heating energy.
  • the cooking appliance is adapted to recognize a correct initial start-up of the cooking appliance based on a drop in the oxygen content.
  • gases are produced from production residues, which also displace oxygen. Consequently, a corresponding drop in oxygen content and / or sufficient recovery thereafter can be detected by the lambda probe.
  • the cooking appliance may be arranged to issue a warning message in case of an incorrect start-up.
  • the monitoring of the commissioning can also be carried out by means of a hydrocarbon sensor.
  • the cooking appliance is adapted to use the lambda probe as a temperature sensor.
  • the lambda probe can be used with a switched off (lambda probe) heater as a temperature sensor, in particular additional temperature sensor for calibration by a measured, temperature-dependent internal resistance of the lambda probe is converted into a temperature at the lambda probe, for example using a NTC characteristic.
  • a PTC resistor of the heater are evaluated.
  • the cooking appliance is set up to allow normal operation of the cooking appliance based on data from the at least one lambda probe control and / or fix.
  • a normal operation is understood in particular to mean an operation of the cooking appliance which is carried out as intended or as desired.
  • the normal operation can be controlled and / or regulated on the basis of a particularly accurate and stable measurement signal.
  • an abnormal operating condition is an operating condition which should prevent or prevent a normal operating condition, e.g. in that a normal operating state is not activated or reached or a normal operating state is or should be aborted.
  • An abnormal operating condition is usually undesirable and may be e.g. indicate a malfunction of the operating device or an overgrown cooking product.
  • the cooking appliance has a control unit for controlling and / or regulating an operation of the cooking appliance, wherein the control unit is coupled to the at least one sensor, in particular comprising at least one lambda probe.
  • the control unit is coupled to the at least one sensor, in particular comprising at least one lambda probe.
  • a steam load or a moisture content of the cooking chamber can be specifically influenced by aeration and / or addition of moisture.
  • the concentration of the atmosphere can be influenced in a targeted manner. This can be advantageously used when the food to be preserved from contact with the reactants oxygen and / or nitrogen, as they are present in the atmosphere.
  • the cooking appliance is adapted to carry out a cooking operation with a desired moisture value or to control a moisture in the cooking space to a desired moisture value.
  • an additional baking mode is possible, namely a cooking, especially baking, at a constant humidity.
  • moistening by introduction of moisture for example moisture injection, is preferably carried out. taken and / or the steam fan controlled accordingly.
  • This can lead to a strong ventilation especially when heating to a lower ventilation and during a Hauptgarablaufs. This achieves a uniform crust formation.
  • programs with targeted humidification / Krossbacken are combined in time. It is a general development that the cooking appliance is set up to regulate a cooking cycle to a desired oxygen content.
  • Cooking space protrudes This may include that at least one lambda probe with an electrode limits the cooking chamber or that the lambda probe is located wholly or partly in the cooking chamber.
  • the lambda probe can measure the conditions (moisture, oxygen fraction, etc., as described above in particular) of the cooking chamber directly even with a closed vapor outlet or a deactivated vapor-driven ventilator.
  • the measurement is unaffected by a cooling air in a Wrasenkanal oa. and also from other environmental conditions, which allows a particularly accurate measurement.
  • a lambda probe arranged in this way can thus generate a continuous, clear, significant and very well detectable signal, whereby a continuous statement about the conditions in the cooking chamber can be made.
  • At least one lambda probe is arranged on a ceiling of the cooking chamber, in particular above a top heat radiator. Because it has been shown that moisture rises in a cooking chamber during a cooking operation, so that a arranged on the ceiling lambda probe can deliver a particularly strong signal with a low signal-to-noise ratio. Also, an arrangement on the ceiling has the advantage that there is a comparatively large space for the installation of a lambda probe available.
  • At least one lambda probe is located behind a vapor outlet, in particular in a vapor channel. This has the advantage that the lambda probe is more flexibly positionable. The lambda probe can be due to their high temperature insensitivity close to
  • Wrasenauslass be positioned, in particular fluidically before a cooling air supply, which already results compared to conventional sensors improved measurement result.
  • the lambda probe can also be operated in a mode specially adapted for moisture detection:
  • the (ie, at least one) lambda probe is adapted to be operated at least temporarily with a (pump) voltage Up which is higher than a decomposition voltage of water ("decomposition mode").
  • a decomposition voltage of water e.g. a (pump) current Ip
  • the measurement signal associated with a humidity can be
  • the lambda probe is operated in a changeover operation of the operating mode from a conventional operation and a decomposition operation.
  • an oxygen content and a moisture content can be determined directly and the cooking appliance can be controlled or regulated accordingly.
  • two (in particular identical) lambda probes can be operated simultaneously, namely one in a conventional mode and the other in a decomposition mode.
  • the cooking appliance is set up to work with a specifically set oxygen content (eg oxygen partial pressure) and a specifically set moisture content (eg water vapor partial pressure).
  • a specifically set oxygen content eg oxygen partial pressure
  • a specifically set moisture content eg water vapor partial pressure
  • the cooking appliance can be set to regulate an oxygen content and a moisture content in the cooking chamber to corresponding setpoints. This can be done either constantly or preferably following a temporal function of the setpoint values. In particular, this may be the case with an increased oxygen content (eg due to a high oxygen content)
  • the moisture content can be set separately.
  • At least one lambda probe is designed as a hydrocarbon sensor.
  • This embodiment makes use of the fact that hydrocarbons are produced in browning reactions (Maillard reaction or the like) and in combustion processes in the narrower sense (fires, etc.) and can be reliably detected by means of this lambda probe.
  • a browning state of food to be cooked can be detected in the cooking chamber, and the cooking appliance can react accordingly, e.g. control and / or regulate a cooking process.
  • the cooking appliance can be set up in a cooking process upon detection of an inappropriate for the cooking process relation between a temperature of the food (eg a food core temperature) and anußreafortschntt (process progress on an outside or outside of the food) on the food Cooking chamber temperature (eg oven temperature) to regulate. If, for example, the temperature is too low, but the (outside) browning of the food is already well advanced, the oven temperature can be controlled down to avoid burning the outside.
  • Cooking chamber temperature are up-regulated. Likewise, the cooking process can be terminated according to a detected concentration of hydrocarbons.
  • such a hydrocarbon sensor can also be used to control heating of fats and oils. Expelled short-chain hydrocarbon fractions can control a cooking chamber heating in such a way that a constant carried out or the discharge is avoided altogether, if this is necessary for reasons of aroma. Preferably, this mode can be applied to a deep-fry in an oven, in particular oven. It is a development suitable for hydrocarbon detection that at least one, in particular all, electrodes of the lambda probe have an adapted catalytic activity in order to detect hydrocarbons. It is an associated development that the cooking appliance is a pyrolysis appliance and is set up to control or regulate a pyrolysis process on the basis of a hydrocarbon content.
  • the cooking appliance is a pyrolysis appliance and is set up to control or regulate a pyrolysis process on the basis of a hydrocarbon content. This can be carried out additionally or alternatively to a control and / or regulation based on an oxygen content. An additional use can increase reliability. An alternative embodiment allows a more accurate measurement of a hydrocarbon content.
  • the cooking appliance can be set up to control or regulate a pyrolysis temperature and the end of the pyrolysis process with knowledge of the hydrocarbon content. It is a development that in a pyrolysis process, the pyrolysis is gradually increased and thereby the hydrocarbon content is measured. With knowledge of the hydrocarbon content, the pyrolysis temperature is readjusted: As the hydrocarbon content decreases, the pyrolysis temperature is reduced again.
  • An end of a pyrolysis combustion can be recognized, for example, by means of an at least no longer increasing hydrocarbon content. This can also be done inversely with the oxygen content.
  • a lambda probe with a cooking appliance thus allows the operation of all in a cooking appliance, in particular oven, known types of heating, such as grill, top heat, bottom heat, hot air, moisture cooking, steam cooking, microwave operation and cleaning operations such as pyrolysis. Further benefits accrue through the now measurable
  • Wrasenlmediaers can be influenced. It is yet another embodiment that the cooking appliance has a particle sensor for detecting a soot content or a soot concentration in the cooking space.
  • Particle sensor can be used, in particular, to detect a kiln fire.
  • the particle sensor can be housed in particular in the cooking chamber.
  • Particle sensor can thus detect the course of the soot concentration in the cooking chamber over an entire operating cycle of the cooking appliance.
  • the cooking appliance control can detect a combustion process in the oven. In this way, in particular the cooking chamber temperature can be regulated during a cooking process and the cooking process can be stopped if necessary.
  • the particle sensor is based on a resistive functional principle.
  • the measurement signal is based on a change in resistance of a particular interdigital electrode structure due to soot accumulation. Due to its mode of operation, the resistive soot sensor fits into the collecting principles.
  • the particle sensor is integrated as a finger structure in a circuit board and is operated at high voltage, such as. in DE 10 2006 040 350 A1. Thus, a simple structure and high sensitivity are possible simultaneously.
  • the cooking appliance uses at least one of the above-described sensors (lambda probe for oxygen detection, lambda probe for moisture detection, lambda probe for hydrocarbon detection, soot sensor), in particular within the cooking chamber.
  • the associated measured variables oxygen content, moisture content, hydrocarbon content, soot content
  • the cooking appliance is in particular a Mossgarêt.
  • the cooking appliance may in particular have an oven or be an oven, in particular an oven.
  • FIG. 2 shows a plot of a pump current versus a pump voltage of FIG
  • the oven 1 shows a cooking appliance in the form of a baking oven 1.
  • the oven 1 has a cooking chamber 2 which can be heated, inter alia, by means of a top heat radiator 4 arranged close to a ceiling 3 of the cooking chamber 2.
  • the cooking chamber 2 is connected via a Wrasenkanal 5 with an environment.
  • the Wrasenkanal 5 has a steam fan 6, during its operation, air is withdrawn from the cooking chamber 2.
  • the strength of the trigger can be influenced for example by a speed of the steam fan 6.
  • the Wrasenkanal 5 can also one or more Wrasenklappen (o. Fig.) For at least partially closing the
  • the oven 2 further comprises a steam generating unit in the form of a water aerosol injector 7, by means of which a moisture content in the cooking chamber 2 can be increased in a targeted manner.
  • the oven 1 also has a sensor for detecting at least one property of the cooking chamber 2, namely a protruding into the cooking chamber 2 lambda probe 8.
  • the lambda probe 8 is disposed on the ceiling 3 of the cooking chamber 2, above the upper heat radiator 4. This can from a cooking product (see Fig.) High rising water vapor, gases (hydrocarbons, etc.) or soot are detected, which is a special strong sensor signal allows.
  • the lambda probe 8 is connected or coupled to a central control device 9, which can evaluate the measurement signals or measurement data and use it for a control and / or regulation of the oven 1, for example for a control of the upper heat radiator 4, the steam fan 6 and / or the water aerosol injector 7.
  • the lambda probe 8 can detect a state of the cooking chamber 2 independently of an activity of the steam ventilator 6.
  • the lambda probe 8 can measure an oxygen content in the cooking chamber 2, and the control device 9 can therefrom recognize the states already described in the introduction (idling, opening a oven door, overcooking of liquid, initial startup, etc.) and reacting accordingly.
  • the control device 9 can furthermore control a cooking cycle by means of the oxygen content in the cooking chamber 2, in particular if the oxygen content is correlated with a moisture content in the cooking chamber 2.
  • the correlation can be carried out, for example, by the control device 9 by a comparison of a measured oxygen content with a moisture content stored for this purpose, e.g. by means of a characteristic curve.
  • control device 9 can in particular perform a cooking cycle with a desired humidity value, in particular to regulate a (constant or time-varying) setpoint humidity value.
  • the lambda probe 8 can be operated except in the conventional operation in the decomposition mode and thus directly determine a moisture content in the cooking chamber 2.
  • the lambda probe 8 can be operated, in particular, in alternating operation of conventional operation and decomposition operation, which permits a quasi-continuous, direct and therefore particularly accurate measurement of the oxygen content and the moisture content.
  • the lambda probe 8 can also be used as a temperature sensor when the lambda probe heating is switched off, in particular for calibrating a dedicated temperature sensor (shown in the drawing) 2 (FIG. a thermocouple.
  • the oven 1 is also designed as a pyrolysis device.
  • the lambda probe 8 can easily handle the usual temperatures occurring during a pyrolysis process. hold.
  • the control device 9 in particular control the pyrolysis process, in particular as described above, for example, a pyrolysis temperature and a pyrolysis.
  • a lambda probe serving as a hydrocarbon sensor 10 and a particle sensor in the form of a soot sensor 1 protrude into the cooking chamber 2.
  • the hydrocarbon sensor 10 and the soot sensor 1 1 likewise hold the temperatures occurring in the cooking chamber 2.
  • the hydrocarbon sensor 10 is designed as a lambda probe whose electrodes operate in a catalytic manner so that the lambda probe responds to hydrocarbons.
  • the soot sensor 11 is preferably a resistive soot sensor having a finger-shaped electrode structure.
  • the provision of a plurality of sensors 8, 10, 1 1 and the operation of a lambda probe 8 in different operating modes allows a particularly versatile and accurate detection of property of the cooking chamber (including the possibly loaded, Air) and consequently a particularly versatile and user-friendly control and / or regulation of the oven 1. This can be especially at high temperatures in
  • Cooking chamber 2 are performed, especially in a closed
  • FIG. 2 shows a plot of a pumping current Ip (as a measuring signal) against a pumping voltage Up of the lambda probe 8 in an alternating operation comprising a conventional operation and a decomposing operation, for moist air having a constant oxygen content and a constant moisture content.
  • a pumping current Ip is dependent on the pumping voltage Up, eg linear.
  • the threshold U2 corresponds to a voltage which is just below a Zerset- voltage of water.
  • the operation of the lambda probe 8 to between U1 and U2 may also be referred to as a conventional operation.
  • the pumping voltage Up is higher than the decomposition voltage of water, so that water decomposes at the electrodes and its oxygen content is detected by the lambda probe in addition to the atmospheric oxygen.
  • So may be used as a cooking appliance instead of or in addition to the oven, a microwave oven, a steamer, etc.
  • only one lambda probe may be used, and only in conventional operation or in conventional operation and in the decomposition mode.
  • the lambda probe can optionally also be used as a temperature measuring probe.
  • the hydrocarbon sensor and / or soot sensor may optionally be used.
  • a senor for example, only one based on a catalytically active lambda probe constructed hydrocarbon sensor may be used while a conventional lambda probe (in particular in conventional operation and / or in the decomposition mode) and / or the soot sensor are optionally provided.
  • soot sensor only one soot sensor may be used as the sensor, while a conventional lambda probe (in particular in conventional operation and / or in the decomposition mode) and / or a hydrocarbon sensor constructed on the basis of a catalytically active lambda probe are optionally provided.

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Abstract

Das Gargerät (1) ist mit einem Garraum (2) und mit mindestens einem Sensor (8, 10, 11) zum Erfassen mindestens einer Eigenschaft des Garraums (2) ausgerüstet, wobei der mindestens eine Sensor mindestens eine Lambdasonde (8, 10) umfasst. Die Lambdasonde (8, 10) kann insbesondere in den Garraum (2) ragen.

Description

Gargerät mit Sensor für Garraum
Die Erfindung betrifft ein Gargerät, insbesondere Backofen, mit einem Garraum und mit mindestens einem Sensor zum Erfassen mindestens einer Eigenschaft des Garraums.
Beispielsweise eine Auswertung eines Feuchtigkeitsaufkommens in einem Backofen erlaubt Rückschlüsse auf einen Garzustand eines Gargutes. Bekannte Sensoren zur Messung der Luftfeuchtigkeit sind in ihrem Temperaturbereich eingeschränkt und können daher nicht in einen Garraum eines Backofens eingebaut werden, da dort Temperaturen auftreten, die weitaus höher als die zulässigen Temperaturen für die Sensoren sind, z.B. von bis zu 300°C im Normalbetrieb und von bis zu 500°C in einem Pyrolysebetrieb.
Bekannte Lösungen verwenden daher Sensoren, die außerhalb des Garraums, zum Beispiel in einem Wrasenkanal bzw. in einem Ausblasbereich des Kühllüfters, untergebracht sind. Diese Sensoren befinden sich folglich je nach Temperaturverträglichkeit mehr oder weniger weit entfernt von einem Wrasenauslass des Garraums und somit außerhalb des Garraums. Nachteilig ist bei den bekannten Lösungen, dass dem Wrasen Kühlluft zugesetzt wird und so das Nutzsignal verfälscht wird und zudem bei geschlossenem
Wrasenkanal oder bei ausgeschaltetem Kühllüfter kein auswertbares Signal zur Verfü- gung steht.
Aus dem Stand der Technik sind Sensorelemente zur Erfassung mindestens eines Anteils mindestens einer Gaskomponente eines Gases in einem Messgasraum bekannt, wie beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1 . Auflage 2010, Seiten 160-165, beschrieben. Bei den Sensorvorrichtungen kann es sich insbesondere um
Lambdasonden handeln. Lambdasonden auf Basis eines ionisch leitfähigen Sensorelements, typischerweise aus Zirkoniumdioxid (Zr02), vergleichen in der Regel ein
Galvanipotenzial einer messgasseitigen Elektrode mit einem Galvanipotenzial einer Referenzelektrode. Die Lambdasonden sind insbesondere für eine Abgasregelung von Otto- motoren, aber auch von Pellet- und Hackschnitzelheizungen und Dieselmotoren bekannt. Eine Lambdasonde ist in diesem Zusammenhang ein Sensor, der in einem Verbrennungsabgas einen Restsauerstoffgehalt misst, um daraus ein Verhältnis von Verbrennungsluft zu Kraftstoff für die weitere Verbrennung beispielsweise so regeln zu können, dass weder ein Kraftstoff- noch ein Luftüberschuss auftritt. Die Lambdasonde ist der Hauptsensor im Regelkreis einer Lambdaregelung zur katalytischen Abgasreinigung. Eine Lambdasonde kann grundsätzlich zwei Messprinzipien verwenden: eine Messung einer Spannung eines Festkörperelektrolyten (Nernstsonde) und eine Messung eines Stroms, aus dem der Sauerstoffpartialdruck über einen großen λ-Bereich berechnet werden kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu vermeiden und insbesondere eine Möglichkeit zur verbesserten Bestimmung mindestens einer Eigenschaft des Garraums, insbesondere einer Feuchtig- keit, eines Gargeräts bereitzustellen.
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 mit einem Garraum und mit mindestens einem Sensor zum Erfassen mindestens einer Eigenschaft des Garraums, wobei der mindestens eine Sensor mindestens eine Lambdasonde umfasst. Das Gargerät ist in anderen Worten ein Gargerät mit einem Garraum und mit mindestens einer Lambdasonde. Eine Lambdasonde misst typischerweise einen Sauerstoffgehalt (Sauerstoffkonzentration oder Sauerstoffpartialdruck), dient also als ein Sauerstoffsensor. Die Lambdasonde weist den Vorteil auf, dass sie hochgradig temperaturbeständig ist (typische Betriebstemperatur T = ca. 800 °C). Folglich kann sie ohne eine Gefahr einer thermischen Schädigung auch in einem Garraum bzw. direkt an einen Garraum grenzend eingesetzt werden. Selbst ein Pyrolysebetrieb schädigt die Lambdasonde nicht.
Die mindestens eine Lambdasonde kann mit einer Auswerteschaltung zusammenarbeiten, insbesondere um rohe Messsignale in dazu korrelierte Messdaten umzuwandeln, insbesondere digitale Messdaten. Die Auswerteschaltung kann in die Lambdasonde integriert sein, eine eigenständige Einheit sein oder z.B. als eine Steuereinrichtung des Gar- geräts ausgestaltet sein bzw. kann die Steuereinrichtung auch als eine Auswerteinheit der Detektionseinrichtung dienen.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Gargerät dazu eingerichtet ist, aus einem mittels der Lambdasonde gemessenen Sauerstoffgehalt einen Feuchtigkeitsgehalt zu bestimmen. Folglich lässt sich so eine Feuchtigkeitsmessung auch bei hohen Temperaturen bereitstellen, insbesondere direkt im Garraum. Dabei wird ausgenutzt, dass Wasserdampf Luft verdrängt und bei einem üblichen Garvorgang Gargut Wasserdampf erzeugt. Während eines Garvorgangs sinkt aufgrund der Erzeugung des Wasserdampfs also der Sauerstoffgehalt (z.B. messbar in Form eines Sauerstoff-Partialdrucks p02), und umgekehrt. Folglich ist es möglich, aus dem Messsignal bzw. den Messdaten der Lambdasonde direkt auf eine Feuchtigkeit zurückzuschließen.
Es ist insbesondere möglich, den aus dem Sauerstoffgehalt bestimmten Feuchtigkeitsge- halt zur Steuerung, Regelung und/oder Überwachung heranzuziehen. Beispielsweise kann aus einem Feuchtigkeitsverlauf ein Garzustand von Gargut erkannt werden und von dem Gargerät entsprechend reagiert werden. Beispielsweise wird Gargut typischerweise zu Beginn eines Garablaufs vergleichsweise viel Wasserdampf abgeben und folgend kontinuierlich weniger Wasserdampf. Aus einem Niveau der bestimmten Feuchtigkeit kann ein Garfortschritt erkannt werden und das Gargerät beispielsweise bei einem Erreichen oder Unterschreiten eines vorbestimmten Feuchtigkeits-Schwellwerts abgeschaltet werden oder eine Temperatur reduziert werden. Es wird ermöglicht, diese Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts im Wesentlichen unabhängig von einem Betrieb eines Wrasenlüfters oder eines Wrasenabzugs durchzuführen.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Gargerät dazu eingerichtet ist, einen Feuchtigkeitsgehalt anhand einer (direkten) Korrelation mit dem durch die Lambdasonde gemessenen Sauerstoffgehalt zu bestimmen. Diese Korrelation kann quantitativ beispielsweise experimentell bestimmt sein. Die Messdaten der Lambdasonde können direkt von der Steuereinheit übernommen werden oder zuvor in Feuchtigkeitswerte umgerechnet werden. Eine direkte Korrelation zwischen dem Sauerstoffgehalt und der Feuchtigkeit kann beispielsweise durch eine arithmetische Regel oder Rechenvorschrift, durch eine abgespeicherte Tabelle oder durch eine Kennlinie usw. umgesetzt sein. Der von der Lambdasonde primär gemessene Sauerstoffgehalt (z.B. der Sauerstoff- Partialdruck p02) kann jedoch auch ohne eine Umrechnung in einen Feuchtigkeitswert zur Steuerung oder Regelung des Gargeräts verwendet werden. Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Gargerät dazu eingerichtet ist, ein Öffnen einer Gargerätetür des Garraums anhand eines Anstiegs des Sauerstoffgehalts zu erkennen. Diese Detektion ist möglich, wenn der Sauerstoffgehalt in dem Garraum unterhalb des Normalwertes von 21 % liegt. Insbesondere ein plötzlicher, starker Anstieg des Sauer- stoffgehalts in dem Garraum lässt auf ein Öffnen einer Garraumtür während eines Garablaufs schließen. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere ein Anstieg einer Sauerstoffkonzentration d(XÖ2)/dt) in einem Bereich von mehr als ca. 4% bis ca. 8%, insbesondere von mehr als ca. 6%, pro Minute ein sicheres Anzeichen für ein Öffnen einer Garraumtür ist. Als Reaktion darauf kann das Gargerät nach einer Erkennung zeitweise oder permanent abgeschaltet werden, um eine Gefahr einer Verbrennung eines Benutzers zu vermeiden, insbesondere auch zur Kindersicherung.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das Gargerät dazu eingerichtet ist, ein Leerheizen des Garraums (Heizen mit leerem Garraum) anhand eines charakteristischen, ins- besondere länger andauernden und im Wesentlichen konstanten, Sauerstoffgehalts zu erkennen. Ein solcher Verlauf des Sauerstoffgehalts (z.B. ein Verlauf eines Sauerstoffpar- tialdrucks pö2) lässt auf einen leeren Garraum schließen, da dann kein Gargut Wasserdampf abgibt oder verbrennen kann. Als Schutz und zur Vermeidung des Leerlaufs bei Abwesenheit der Benutzer (z.B. bei einer längeren Abwesenheit) kann das Gargerät als eine Reaktion auf das Erkennen des Leerheizens insbesondere abgeschaltet werden.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das Gargerät dazu eingerichtet ist, ein Überkochen von Flüssigkeit anhand eines Abfalls des Sauerstoffgehalts zu erkennen. Insbesondere ein plötzlicher, starker Abfall der Sauerstoff-Konzentration (insbesondere d(XÖ2)/dt von ca. - 5% pro Minute oder noch stärker) lässt auf ein Überkochen einer Flüssigkeit schließen, da dabei eine hohe schlagartige Feuchteentwicklung und folglich Sauerstoffverdrängung bzw. Sauerstoffreduktion auftritt. Das Gargerät kann darauf beispielsweise mit einer automatischen Reduzierung der Garraumtemperatur auf das Erkennen des Überkochens reagieren, um ein weiteres Überkochen zu verhindern. Bei Gargeräten mit zusätzlicher Befeuchtung (bzw. mit einer Fähigkeit zur Dampfgarung) kann eine Dampfentwicklung aufgrund von mittels einer dedizierten Feuchtequelle in den Garraum eingebrachtem Wasser (Wasser, Wasserdampf, Aerosol usw.) kompensiert werden, indem ein kalibriertes Messsignal einer Lambdasonde von einem bewerteten Signal abgezogen wird. Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das Gargerät ein Pyrolysegerät ist und dazu eingerichtet ist, einen Pyrolyseablauf anhand eines Sauerstoffgehalts zu steuern oder zu regeln. Insbesondere kann das Gargerät dazu eingerichtet sein, ein Ende einer Pyrolyseverbrennung (organischer Reste während eines Pyrolyseablaufs) anhand eines sich zu- mindest nicht mehr verringernden Sauerstoffgehalts nach Erreichen einer Solltemperatur zu erkennen. Dies zeigt, dass die Pyrolyse der organischen Reste im Ofen praktisch abgeschlossen ist. Das Ende kann insbesondere dadurch erkannt werden, dass der Sauer- stoffpartialdruck wieder ansteigt. Das Erreichen der Solltemperatur verbessert ein sicheres Erkennen eines vollständigen Verbrennens auch hochtemperaturfester organischer Reste. Als Reaktion auf das Erkennen des Endes der Pyrolyseverbrennung kann der Pyrolysevorgang beendet werden, was eine erhebliche Heizenergie einsparen kann.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass das Gargerät dazu eingerichtet ist, eine korrekte erstmalige Inbetriebnahme des Gargeräts anhand eines Abfalls des Sauerstoffgehalts zu erkennen. Bei der Erstinbetriebnahme des Gargeräts, insbesondere Backofens, entstehen Gase aus Fertigungsrückständen, welche ebenfalls Sauerstoff verdrängen. Folglich kann ein entsprechender Abfall des Sauerstoffgehalts und/oder ein ausreichender Wiederanstieg danach durch die Lambdasonde detektiert werden. Dadurch lässt sich ermitteln, ob eine empfohlene Ausheizung des Gargeräts durch den Anwender bei Erstinbe- triebnahme erfolgt ist. Das Gargerät kann so eingerichtet sein, dass es bei einer unkorrekten Inbetriebnahme einen Warnhinweis ausgibt. Alternativ oder zusätzlich kann die Überwachung der Inbetriebnahme auch mittels eines Kohlenwasserstoffsensors durchgeführt werden. Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das Gargerät dazu eingerichtet ist, die Lambdasonde als einen Temperatursensor einzusetzen. Dabei wird ausgenutzt, dass die Lambdasonde bei ausgeschaltetem (Lambdasonden-)Heizer als ein Temperaturfühler, insbesondere zusätzlicher Temperaturfühler zur Kalibrierung, verwendet werden kann, indem ein gemessener, temperaturabhängiger Innenwiderstand der Lambdasonde in eine Tem- peratur an der Lambdasonde umgerechnet wird, beispielsweise anhand einer NTC- Kennlinie. Alternativ kann z.B. ein PTC-Widerstand des Heizers ausgewertet werden.
Es ist eine allgemeine Weiterbildung, dass das Gargerät dazu eingerichtet ist, einen normalen Betrieb des Gargeräts aufgrund von Daten der mindestens einen Lambdasonde zu steuern und/oder zu regeln. Unter einem normalen Betrieb wird insbesondere ein Betrieb des Gargeräts verstanden, welches wie vorbestimmt oder wie gewünscht ausgeführt wird. Mittels der mindestens einen Lambdasonde kann der normale Betrieb auf der Grundlage eines besonders genauen und stabilen Messsignals gesteuert und/oder geregelt werden.
Es ist noch eine allgemeine Weiterbildung, dass das Gargerät dazu eingerichtet ist, einen abnormalen Betriebszustand des Gargeräts aufgrund von Daten der mindestens einen Lambdasonde zu erkennen. Ein abnormaler Betriebszustand ist insbesondere ein Betriebszustand, welcher einen normalen Betriebszustand verhindert oder verhindern sollte, z.B. dadurch, dass ein normaler Betriebszustand nicht aktiviert oder erreicht wird oder ein normaler Betriebszustand abgebrochen wird oder werden sollte. Ein abnormaler Betriebszustand ist üblicherweise unerwünscht und kann z.B. auf eine Störung des Betriebsgeräts oder auf ein übergartes Gargut hindeuten.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass das Gargerät ein Steuergerät zum Steuern und/oder Regeln eines Betriebs des Gargeräts aufweist, wobei das Steuergerät mit dem mindestens einen Sensor, insbesondere umfassend mindestens eine Lambdasonde, gekoppelt ist. Dadurch kann ein Betrieb des Gargeräts allgemein auf der Grundlage von Messdaten des mindestens einen Sensors gesteuert oder geregelt werden.
Darüber lässt sich direkt eine Dampfbeladung bzw. ein Feuchtigkeitsgehalt des Garraums gezielt durch Belüftung und/oder Feuchtigkeitszugabe beeinflussen. Ebenso lässt sich die Konzentration der Atmosphäre (Sauerstoff/Stickstoff-Gemisch) gezielt beeinflussen. Dies kann vorteilhafterweise dann genutzt werden, wenn das Gargut vor einem Kontakt mit den Reaktionspartnern Sauerstoff und/oder Stickstoff, wie sie in der Atmosphäre vorhanden sind, bewahrt werden soll. Ist es andererseits gewünscht, die Reaktionspartner Sauerstoff und/oder Stickstoff in Kontakt mit dem Gargut zu bringen, so kann dies durch Senken des Feuchtigkeitsgehalts bzw. der Dampfkonzentration gezielt erreicht werden. Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Gargerät dazu eingerichtet ist, einen Garbetrieb mit einem Soll-Feuchtigkeitswert durchzuführen bzw. eine Feuchtigkeit in dem Garraum auf einen Soll-Feuchtigkeitswert einzuregeln. Dadurch wird ein zusätzlicher Backmodus möglich, nämlich ein Garen, insbesondere Backen, bei konstanter Feuchte. Hierbei wird vorzugsweise die Befeuchtung durch Feuchteeintrag, z.B. Feuchteeinspritzung, vorge- nommen und/oder der Wrasenlüfter entsprechend gesteuert. Dies kann insbesondere bei einem Anheizen zu einer geringeren Belüftung und während eines Hauptgarablaufs zu einer starken Belüftung führen. Damit wird eine gleichmäßige Krustenbildung erreicht. Vorzugsweise werden Programme mit gezielter Befeuchtung / Krossbacken zeitlich kom- biniert. Es ist eine allgemeine Weiterbildung, dass das Gargerät dazu eingerichtet ist, einen Garablauf auf einen Soll-Sauerstoffgehalt zu regeln.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass mindestens eine Lambdasonde in den
Garraum ragt. Dies kann umfassen, dass mindestens eine Lambdasonde mit einer Elekt- rode den Garraum begrenzt oder dass sich die Lambdasonde ganz oder teilweise in dem Garraum befindet. Dadurch kann die Lambdasonde die Bedingungen (Feuchtigkeit, Sauerstoffanteil usw., wie insbesondere oben beschrieben) des Garraums direkt auch bei einem geschlossenen Wrasenauslass bzw. einem abgeschalteten Wrasenlüfter messen. Zudem ist die Messung unbeeinflusst von einer Kühlluft in einem Wrasenkanal o.ä. und auch von anderen Umgebungsbedingungen, was eine besonders genaue Messung ermöglicht. Eine so angeordnete Lambdasonde kann also ein stetiges, eindeutiges, signifikantes und sehr gut detektierbares Signal erzeugen, wodurch eine stetige Aussage über die Bedingungen im Garraum getroffen werden können. Es ist noch eine Ausgestaltung, dass mindestens eine Lambdasonde an einer Decke des Garraums, insbesondere oberhalb eines Oberhitzeheizkörpers, angeordnet ist. Denn es hat sich gezeigt, dass Feuchtigkeit in einem Garraum während eines Garbetriebs hochsteigt, so dass eine an der Decke angeordnete Lambdasonde ein besonders starkes Signal mit einem geringen Signal-zu-Rausch-Verhältnis liefern kann. Auch weist eine Anord- nung an der Decke den Vorteil auf, dass dort ein vergleichsweise großer Bauraum zum Einbau einer Lambdasonde zur Verfügung steht.
Es ist eine zusätzliche oder alternative Ausgestaltung, dass sich mindestens eine Lambdasonde hinter einem Wrasenauslass, insbesondere in einem Wrasenkanal, befindet. Dies weist den Vorteil auf, dass die Lambdasonde flexibler positionierbar ist. Die Lambdasonde kann dabei aufgrund ihrer hohen Temperaturunempfindlichkeit nahe am
Wrasenauslass positioniert sein, insbesondere strömungstechnisch vor einer Kühlluftzufuhr, was bereits ein gegenüber herkömmlichen Sensoren verbessertes Messergebnis ergibt. Neben den oben beschriebenen Möglichkeiten, die Lambdasonde in ihrem konventionellen Betrieb zu betreiben, kann die Lambdasonde auch in einem speziell auf eine Feuch- tigkeitsdetektion angepassten Betrieb betrieben werden:
So ist es eine zusätzliche oder alternative Ausgestaltung, dass die (d.h., zumindest eine) Lambdasonde dazu eingerichtet ist, zumindest zeitweise mit einer (Pump-)Spannung Up betrieben zu werden, welche höher ist als eine Zersetzungsspannung von Wasser („Zersetzungsbetrieb"). Im Zersetzungsbetrieb wird auf die Lambdasonde auftreffendes Was- ser in Wasserstoff und Sauerstoff zersetzt, und der zusätzliche Sauerstoff kann durch die Lambdasonde erfasst werden, z.B. durch ein höheres Messsignal. Das höhere Messsignal, z.B. ein (Pump-)Strom Ip, kann insbesondere eine Summe aus einem mit dem Luftsauerstoffgehalt korrelierten Messsignal im konventionellen Betrieb, z.B. einem (Pump-) Strom lg(02), und einem zusätzlichen Messsignal aus der Wasserzersetzung im Zerset- zungsbetrieb, z.B. einem (Pump-)Strom lg(H20), sein, d.h. Ip = lg(02) + lg(H20) im Zersetzungsbetrieb und Ip = lg(02) im konventionellen Betrieb. Folglich kann das einer Feuchtigkeit zugeordnete Messsignal durch eine Differenzbetrachtung des Messsignals der Lambdasonde im konventionellen Betreib und im Zersetzungsbetrieb bestimmt werden, und daraus der Feuchtigkeitsgehalt direkt bestimmt werden. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass die Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts genauer, insbesondere im Wesentlichen unabhängig von einer Anwesenheit von Luft bzw. Sauerstoff verdrängenden Fremdgasen (z.B. Kohlenwasserstoffen), ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Lambdasonde in einem Wechselbetrieb des Betriebs- modus aus einem konventionellen Betrieb und einem Zersetzungsbetrieb betrieben wird. So können mittels der Lambdasonde ein Sauerstoffgehalt und ein Feuchtigkeitsgehalt direkt bestimmt werden und das Gargerät entsprechend gesteuert oder geregelt werden. Alternativ können zwei (insbesondere identische) Lambdasonden gleichzeitig betrieben werden, nämlich die eine in einem konventionellen Betrieb und die andere in einem Zer- Setzungsbetrieb.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Gargerät dazu eingerichtet ist, mit einem gezielt eingestellten Sauerstoffgehalt (z.B. Sauerstoffpartialdruck) und einem gezielt eingestelltem Feuchtigkeitsgehalt (z.B. Wasserdampfpartialdruck) zu arbeiten. Insbesondere kann das Gargerät dazu eingerichtet sein, einen Sauerstoffgehalt und einen Feuchtigkeitsgehalt in dem Garraum auf entsprechende Sollwerte zu regeln. Dies kann jeweils konstant oder vorzugsweise einer zeitlichen Funktion der Sollwerte folgend geschehen. Insbesondere mag so bei einem erhöhten Sauerstoffgehalt (z.B. aufgrund einer hohen
Wrasenlüfterdrehzahl) durch einen gezielten Feuchtigkeitseintrag (z.B. einer
Verdampferschale oder einer Aerosoleinspritzung) der Feuchtigkeitsgehalt separat eingestellt werden.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass mindestens eine Lambdasonde als ein Kohlenwas- serstoffsensor ausgestaltet ist. Diese Ausgestaltung nutzt aus, dass bei Bräunungsreaktionen (Maillard-Reaktion o.ä.) und bei Verbrennungsvorgängen im engeren Sinne (Bränden usw.) Kohlenwasserstoffe erzeugt werden und mittels dieser Lambdasonde sicher detektierbar sind. So kann beispielsweise ein Bräunungszustand von Gargut in dem Garraum erkannt werden, und das Gargerät kann entsprechend reagieren, z.B. einen Garablauf steuern und/oder regeln.
Beispielsweise kann das Gargerät dazu eingerichtet sein, bei einem Garprozess bei Erkennen einer für den Garprozess unpassenden Relation zwischen einer Temperatur des Garguts (z.B. einer Gargut-Kerntemperatur) und einem Außenprozessfortschntt (Prozess- fortschritt an einer Außenseite oder einem Außenbereich des Garguts) am Gargut die Garraumtemperatur (z.B. Backofen-Temperatur) zu regeln. Wenn beispielsweise die Temperatur zu niedrig ist, jedoch die (außenseitige) Bräunung des Garguts schon weit fortgeschritten ist, kann die Garraumtemperatur heruntergeregelt werden, um ein Verbrennen der Außenseite zu vermeiden. Wenn andererseits die Garguttemperatur schon kurz vor einem Erreichen einer Ziel- oder Soll-Temperatur steht, jedoch der Außenprozessfortschntt an dem Gargut noch nicht die gewünschte Bräunung zeigt, kann entsprechend eine auf eine geeignetere Heizart (z.B. mit einem Einschalten eines Oberhitzeheizkörpers) geschaltet bzw. die Garraumtemperatur hochgeregelt werden. Ebenso kann der Garvorgang entsprechend einer erkannten Konzentration an Kohlenwasserstoffen been- det werden.
Ein solcher Kohlenwasserstoffsensor kann insbesondere auch dazu eingesetzt werden, um ein Erhitzen von Fetten und Ölen zu steuern. Ausgetriebene kurzkettige Kohlenwasserstoffanteile können dabei eine Garraumheizung so steuern, dass ein konstanter Aus- trag erfolgt oder der Austrag ganz vermieden wird, wenn dies aus Aromagründen notwendig ist. Vorzugsweise kann diese Betriebsart bei einem Frittieren in einem Ofen, insbesondere Backofen, angewendet werden. Es ist eine zur Kohlenwasserstoffdetektion geeignete Weiterbildung, dass zumindest eine, insbesondere alle, Elektroden der Lambdasonde eine angepasste katalytische Aktivität aufweisen, um Kohlenwasserstoffe zu detektieren. Es ist eine zugehörige Weiterbildung, dass das Gargerät ein Pyrolysegerät ist und dazu eingerichtet ist, einen Pyrolyseablauf anhand eines Kohlenwasserstoffgehalts zu steuern oder zu regeln.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das Gargerät ein Pyrolysegerät ist und dazu eingerichtet ist, einen Pyrolyseablauf anhand eines Kohlenwasserstoffgehalts zu steuern oder zu regeln. Dies kann zusätzlich oder alternativ zu einer Steuerung und/oder Regelung anhand eines Sauerstoffgehalts durchgeführt werden. Eine zusätzliche Verwendung kann eine Ausfallsicherheit erhöhen. Eine alternative Ausgestaltung ermöglicht eine genauere Messung eines Kohlenwasserstoffgehalts.
Insbesondere kann das Gargerät dazu eingerichtet sein, mit Kenntnis des Kohlenwasserstoffgehalts eine Pyrolysetemperatur und das Ende des Pyrolysevorgangs zu steuern oder zu regeln. Es ist eine Weiterbildung, dass bei einem Pyrolysevorgang die Pyrolysetemperatur allmählich erhöht wird und dabei der Kohlenwasserstoffgehalt gemessen wird. Mit der Kenntnis des Kohlenwasserstoffgehalts wird die Pyrolysetemperatur nachgeregelt: Bei sinkendem Kohlenwasserstoffgehalt wird die Pyrolysetemperatur wieder reduziert. Ein Ende einer Pyrolyseverbrennung kann beispielsweise anhand eines sich zumindest nicht mehr erhöhenden Kohlenwasserstoffgehalts erkannt werden. Dies kann auch invers mit dem Sauerstoffgehalt durchgeführt werden.
Die Verwendung einer Lambdasonde mit einem Gargerät erlaubt also den Betrieb aller in einem Gargerät, insbesondere Backofen, bekannten Heizarten, wie Grill, Oberhitze, Un- terhitze, Heißluft, Feuchtegaren, Dampfgaren, Mikrowellenbetrieb als auch Reinigungsbetriebe wie Pyrolyse. Weitere Vorteile erwachsen durch das nun messbare
Wrasenaufkommen, das gezielt durch Ansteuerung der Wrasenklappe oder des
Wrasenlüfters beeinflusst werden kann. Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Gargerät einen Partikelsensor zum Erfassen eines Rußgehalts bzw. einer Rußkonzentration ein dem Garraum aufweist. Der
Partikelsensor kann insbesondere dazu eingesetzt werden, um einen Ofenbrand zu de- tektieren.
Der Partikelsensor kann insbesondere in dem Garraum untergebracht sein. Der
Partikelsensor kann so über einen gesamten Betriebszyklus des Gargeräts den Verlauf der Rußkonzentration in dem Garraum erfassen. Mit einem Partikelsensor kann die Gargerätesteuerung einen Verbrennungsvorgang im Backofen erkennen. Damit kann bei ei- nem Garprozess insbesondere die Garraumtemperatur geregelt und der Garvorgang ggf. gestoppt werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Partikelsensor auf einem resistiven Funktionsprinzip basiert. Das Messsignal basiert dabei auf einer Widerstandsänderung einer insbesondere interdigitalen Elektrodenstruktur aufgrund einer Rußanlagerung. Aufgrund seiner Funktionsweise ordnet sich der resistive Rußsensor bei den sammelnden Prinzipien ein. Vorzugsweise ist der Partikelsensor als Fingerstruktur in eine Platine integriert und wird mit hoher Spannung betrieben, wie z.B. in DE 10 2006 040 350 A1 offenbart. Damit sind ein einfacher Aufbau und eine hohe Empfindlichkeit gleichzeitig möglich.
Es ist ferner eine Weiterbildung, dass das Gargerät mindestens einen der oben beschriebenen Sensoren (Lambdasonde zur Sauerstoffdetektion, Lambdasonde zur Feuchtig- keitsdetektion, Lambdasonde zur Kohlenwasserstoffdetektion, Rußsensor) verwendet, insbesondere innerhalb des Garraums. So können die zugehörigen Messgrößen (Sauer- stoffgehalt, Feuchtigkeitsgehalt, Kohlenwasserstoffgehalt, Rußgehalt) unbeeinflusst von einem Kühlluftstrom und von anderen Umgebungsbedingungen ermittelt werden.
Dadurch ergeben sich eine Reihe von Vorteilen wie eine Detektion eines Garzustandes des Garguts, eine Detektion eines Fortschritts der Maillard-Reaktion, eine Detektion einer Verbrennung in dem Garraum und/oder eine Detektion einer Verschmutzung des Garraums u.v.m.
Daraus können entsprechende Reaktionen oder Maßnahmen eingeleitet werden wie ein Abschalten des Gargeräts und damit ein Beenden des Garvorgangs, eine Steue- rung/Regelung eines Wrasenlüfters/einer Wrasenklappe, eine Steuerung/Regelung einer Garraumtemperatur; eine Steuerung/Regelung einer Feuchte im Garraum, eine Steuerung/Regelung einer Pyrolysedauer und einer Pyrolysetemperatur bei Pyrolysegeräten usw.
Das Gargerät ist insbesondere ein Haushaltsgargerät. Das Gargerät kann insbesondere einen Ofen aufweisen oder ein Ofen sein, insbesondere ein Backofen.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Fig.1 zeigt als Schnittdarstellung in Frontansicht ein erfindungsgemäßes
Gargerät; und
Fig.2 zeigt eine Auftragung eines Pumpstroms gegen eine Pumpspannung einer
Lambdasonde bei einem Zersetzungsbetrieb.
Fig.1 zeigt als Schnittdarstellung in Frontansicht ein Gargerät in Form eines Backofens 1. Der Backofen 1 weist einen Garraum 2 auf, welcher unter anderem mittels eines nahe einer Decke 3 des Garraums 2 angeordneten Oberhitzeheizkörpers (Grillheizkörpers) 4 beheizbar ist. Der Garraum 2 ist über einen Wrasenkanal 5 mit einer Umgebung verbunden. Der Wrasenkanal 5 weist einen Wrasenlüfter 6 auf, bei dessen Betrieb Luft aus dem Garraum 2 abgezogen wird. Die Stärke des Abzugs kann beispielsweise durch eine Drehzahl des Wrasenlüfters 6 beeinflusst werden. Der Wrasenkanal 5 kann auch eine oder mehrere Wrasenklappen (o. Abb.) zum zumindest teilweise Verschließen des
Wrasenkanals 5 aufweisen. Der Backofen 2 weist ferner eine Dampferzeugungseinheit in Form eines Wasseraerosol-Einspritzers 7 auf, mittels welchem ein Feuchtigkeitsgehalt in dem Garraum 2 gezielt gesteigert werden kann.
Der Backofen 1 weist zudem einen Sensor zum Erfassen mindestens einer Eigenschaft des Garraums 2 auf, nämlich eine in den Garraum 2 ragende Lambdasonde 8. Die Lambdasonde 8 ist an der Decke 3 des Garraums 2 angeordnet, und zwar oberhalb des Oberhitzeheizkörpers 4. Dadurch können von einem Gargut (o. Abb.) hochsteigender Wasserdampf, Gase (Kohlenwasserstoffe usw.) oder Ruß detektiert werden, was ein besonders starkes Sensorsignal ermöglicht. Die Lambdasonde 8 ist mit einer zentralen Steuereinrichtung 9 verbunden oder gekoppelt, welche die Messsignale oder Messdaten auswerten kann und für eine Steuerung und/oder Regelung des Backofens 1 nutzen kann, z.B. für eine Steuerung des Oberhitzeheizkörpers 4, des Wrasenlüfters 6 und/oder des Wasser- aerosol-Einspritzers 7. Die Lambdasonde 8 kann unabhängig von einer Aktivität des Wrasenlüfters 6 einen Zustand des Garraums 2 erfassen.
Die Lambdasonde 8 kann einen Sauerstoffgehalt in dem Garraum 2 messen, und die Steuereinrichtung 9 kann daraus die bereits einleitend beschriebenen Zustände (Leerhei- zen, Öffnen einer Backofentür, Überkochen von Flüssigkeit, Erstinbetriebnahme usw.) erkennen und entsprechend darauf reagieren. Die Steuereinrichtung 9 kann ferner mittels des Sauerstoffgehalts in dem Garraum 2 einen Garablauf steuern, insbesondere falls der Sauerstoffgehalt mit einem Feuchtigkeitsgehalt in dem Garraum 2 korreliert wird. Die Korrelation kann beispielsweise von der Steuereinrichtung 9 durch einen Vergleich eines ge- messenen Sauerstoffgehalts mit einem dazu abgespeicherten Feuchtigkeitsgehalt durchgeführt werden, z.B. mittels einer Kennlinie.
Mittels der Lambdasonde 8 kann die Steuereinrichtung 9 insbesondere einen Garablauf mit einem Soll-Feuchtigkeitswert durchzuführen, insbesondere auf einen (konstanten oder sich zeitlich ändernden) Soll-Feuchtigkeitswert regeln.
Die Lambdasonde 8 kann außer in dem konventionellen Betrieb in dem Zersetzungsbetrieb betrieben werden und so einen Feuchtigkeitsgehalt in dem Garraum 2 direkt bestimmen. Die Lambdasonde 8 kann dabei insbesondere im Wechselbetrieb von konventi- onellem Betrieb und Zersetzungsbetrieb betrieben werden, was eine quasi-dauernde, direkte und damit besonders genaue Messung des Sauerstoffgehalts und des Feuchtigkeitsgehalts erlaubt.
Die Lambdasonde 8 ist bei ausgeschalteter Lambdasonden-Heizung auch als ein Tempe- raturfühler einsetzbar, insbesondere zum Kalibrieren eines dedizierten, in den Garraum 2 geführten Temperatursensors (o.Abb.), z.B. eines Thermoelements.
Der Backofen 1 ist außerdem als ein Pyrolysegerät ausgestaltet. Die Lambdasonde 8 kann die üblichen, bei einem Pyrolyseablauf auftretenden Temperaturen problemlos aus- halten. Mittels der Lambdasonde 8 kann die Steuereinrichtung 9 insbesondere den Pyrolyseablauf steuern, insbesondere wie eingangs beschrieben, z.B. eine Pyrolysetemperatur und eine Pyrolysedauer. Im dem Garraum 2 befinden sich bzw. in den Garraum 2 ragen zusätzlich eine als Kohlenwasserstoffsensor 10 dienende Lambdasonde sowie ein Partikelsensor in Form eines Rußsensors 1 1. Der Kohlenwasserstoffsensor 10 und der Rußsensor 1 1 halten ebenfalls die in dem Garraum 2 auftretenden Temperaturen aus. Der Kohlenwasserstoffsensor 10 ist als eine Lambdasonde ausgestaltet, deren Elektroden katalytisch so arbeiten, dass die Lambdasonde auf Kohlenwasserstoffe anspricht. Der Rußsensor 1 1 ist bevorzugt ein resistiver Rußsensor mit einer fingerförmigen Elektrodenstruktur. Das Vorsehen mehrerer Sensoren 8, 10, 1 1 und das Betreiben einer Lambdasonde 8 in unterschiedlichen Betriebsmodi (konventioneller Betrieb, Zersetzungsbetrieb und/oder Temperaturmessbetrieb) ermöglicht einer besonders vielseitige und genaue Erfassung von Eigenschaft des Garraums (einschließlich der darin befindlichen, ggf. belasteten, Luft) und folglich eine besonders vielseitige und nutzerfreundliche Steuerung und/oder Rege- lung des Backofens 1 . Dies kann insbesondere auch bei hohen Temperaturen im
Garraum 2 durchgeführt werden, insbesondere auch bei einem geschlossenen
Wrasenkanal 5. Insbesondere können so Querbeeinflussungen oder Querempfindlichkeiten vermindert oder sogar ganz ausgeschlossen werden. Fig.2 zeigt eine Auftragung eines Pumpstroms Ip (als Messsignal) gegen eine Pumpspannung Up der Lambdasonde 8 bei einem Wechselbetrieb umfassend einen herkömmlichen Betrieb und einen Zersetzungsbetrieb, und zwar für feuchte Luft mit einem konstanten Sauerstoffgehalt und einem konstanten Feuchtigkeitsgehalt. Bei einer geringen Pumpspannung bis Up = U 1 ist ein Pumpstrom Ip von der Pumpspannung Up abhängig, z.B. linear. Ab Up = U1 bis Up = U2 ist der sich ergebende Pumpstrom Ip = lg(Ü2) zumindest im Wesentlichen konstant für einen konstanten Sauerstoffgehalt. Die Schwelle U2 entspricht einer Spannung, welche gerade unterhalb einer Zerset- zungsspannung von Wasser liegt. Der Betrieb der Lambdasonde 8 bis zwischen U1 und U2 kann auch als ein konventioneller Betrieb bezeichnet werden.
Mit einer weiteren Erhöhung der Pumpspannung Up auf werte oberhalb von U2 liegt die Pumpspannung Up höher als die Zersetzungsspannung von Wasser, so dass sich Wasser an den Elektroden zersetzt und dessen Sauerstoffanteil von der Lambdasonde zusätzlich zu dem Luftsauerstoff detektiert wird. Der Pumpstroms Ip erreicht ab einem Wert Up = U3 > Up = U2 (Zersetzungsbetrieb) einen konstanten Wert Ip = lg(02) + lg(H20). Der Wasseranteil oder Feuchtigkeitsgehalt in Luft kann folglich durch eine Differenzbetrachtung von Ip = lg(02) + lg(H20) im Zersetzungsbetrieb und Ip = lg(02) im konventionellen Betrieb direkt bestimmt werden und ist folglich auch nicht oder nur geringfügig von einer Verdrängung des Luftsauerstoffs und/oder des Wasserdampfs durch Fremdgase (Kohlenwasserstoffe usw.) beeinflusst.
Allgemein ist es durch die Verwendung mehrerer unterschiedlicher Sensoren möglich, Querbeeinflussungen zu verringern und so eine genauere Messung von Luftbestandteilen in einem Garraum zu erreichen. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
So mag als Gargerät anstelle oder zusätzlich zu dem Backofen ein Mikrowellengerät, ein Dampfgarer usw. verwendet werden.
Als Sensor mag beispielsweise auch nur eine Lambdasonde eingesetzt werden, und zwar nur im konventionellen Betrieb oder im konventionellen Betrieb und im Zersetzungsbetrieb. Die Lambdasonde kann optional auch als Temperaturmesssonde eingesetzt werden. Der Kohlenwasserstoffsensor und/oder der Rußsensor können optional eingesetzt werden.
Als Sensor mag beispielsweise auch nur ein auf Grundlage einer katalytisch aktiven Lambdasonde aufgebauter Kohlenwasserstoffsensor eingesetzt werden, während eine herkömmliche Lambdasonde (insbesondere im herkömmlichen Betrieb und/oder im Zersetzungsbetrieb) und/oder der Rußsensor optional vorgesehen sind.
Als Sensor mag zudem nur ein Rußsensor eingesetzt werden, während eine herkömmli- che Lambdasonde (insbesondere im herkömmlichen Betrieb und/oder im Zersetzungsbetrieb) und/oder ein auf Grundlage einer katalytisch aktiven Lambdasonde aufgebauter Kohlenwasserstoffsensor optional vorgesehen sind.
Bezuqszeichenliste
1 Backofen
2 Garraum
3 Decke des Garraums
4 Oberhitzeheizkörper
5 Wrasenkanal
6 Wrasenlüfter
7 Wasseraerosol-Einspritzer
8 Lambdasonde
9 Steuereinrichtung
10 Kohlenwasserstoffsensor
1 1 Rußsensor

Claims

Patentansprüche
1. Gargerät (1 ) mit einem Garraum (2) und mit mindestens einem Sensor (8, 10, 1 1 ) zum Erfassen mindestens einer Eigenschaft des Garraums (2), dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor mindestens eine Lambdasonde (8, 10) umfasst.
2. Gargerät (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gargerät (1 ) dazu eingerichtet ist, aus einem mittels der Lambdasonde (8) gemessenen Sauerstoffgehalt einen Feuchtigkeitsgehalt zu bestimmen.
3. Gargerät (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gargerät (1 ) dazu eingerichtet ist, einen Feuchtigkeitsgehalt anhand einer Korrelation mit dem durch die Lambdasonde (8) gemessenen Sauerstoffgehalt zu bestimmen.
4. Gargerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gargerät (1 ) dazu eingerichtet ist, ein Öffnen einer Gargerätetür des Garraums (2) anhand eines Anstiegs des Sauerstoffgehalts zu erkennen.
5. Gargerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gargerät (1 ) dazu eingerichtet ist, ein Leerheizen des Garraums (2) anhand eines länger andauernden im Wesentlichen konstanten Sauerstoffgehalts zu erkennen.
6. Gargerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gargerät (1 ) dazu eingerichtet ist, ein Überkochen von Flüssigkeit anhand eines Abfalls des Sauerstoffgehalts zu erkennen.
7. Gargerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gargerät (1 ) ein Pyrolysegerät ist und dazu eingerichtet ist, eine Ende einer Pyrolyseverbrennung anhand eines sich zumindest nicht mehr verringernden Sauerstoffgehalts nach Erreichen einer Solltemperatur zu erkennen.
8. Gargerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gargerät (1 ) dazu eingerichtet ist, eine korrekte erstmalige Inbetriebnahme des Garraums (2) anhand eines Abfalls des Sauerstoffgehalts zu erkennen.
9. Gargerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gargerät (1 ) dazu eingerichtet ist, die Lambdasonde (8) als einen Temperatursensor einzusetzen.
10. Gargerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gargerät (1 ) eine Steuereinrichtung (10) zum Steuern und/oder Regeln eines Betriebs des Gargeräts (1 ) aufweist, wobei das Steuergerät (10) mit dem mindestens einen Sensor (8, 10, 1 1 ) gekoppelt ist.
1 1. Gargerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gargerät (1 ) dazu eingerichtet ist, einen Garbetrieb mit einem Soll- Feuchtigkeitswert durchzuführen.
12. Gargerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lambdasonde (8, 10) in den Garraum (2) ragt.
13. Gargerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lambdasonde (8, 10) an einer Decke (3) des Garraums (2), insbesondere oberhalb eines Oberhitzeheizkörpers (4), angeordnet ist.
14. Gargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eine Lambdasonde hinter einem Wrasenauslass befindet.
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