[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Gargut in einem Garraum eines
Gargeräts, in den von mindestens einem Hochfrequenzerzeuger erzeugte Hochfrequenzstrahlung
über mindestens eine Abstrahleinrichtung eingebracht wird, wobei die Hochfrequenzstrahlung
in mindestens einem ihrer Strahlungsparameter Frequenz oder Phase veränderbar ist.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Gargerät zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
[0002] Gargeräte mit einem Garraum, in welchem Gargut mittels Hochfrequenzstrahlung, insbesondere
mittels Mikrowellen erhitzt werden kann, sind bekannt. Bei konventionellen Mikrowellengeräten
hat sich weitgehend eine Frequenz im ISM Band von 2,4 bis 2,5 GHz durchgesetzt, entsprechend
einer Wellenlänge von ca. 12 cm. In manchen Ländern wie den Vereinigten Staaten kommt
für industrielle Mikrowellenherde auch eine Frequenz im ISM Band von 902 bis 928 MHz
zum Einsatz. Darüber hinaus sind Mikrowellengeräte bekannt (
WO 2008/018466 A1), bei denen die Mikrowellen über mindestens zwei Antennen abgestrahlt und in der
Frequenz und/oder der Phase variiert werden.
[0003] Beim normalen Erhitzen von Gargut mit Mikrowellen werden Temperaturen, wie sie für
Bräunungsreaktionen (Maillard-Reaktion) von Speisen nötig sind, nicht erreicht. Dadurch
können die vom Rösten bekannten Röstaromastoffe nicht gebildet werden. Zur Erzielung
einer Bräunungsreaktion werden deshalb in bekannte Mikrowellengeräte zusätzliche Strahlungsheizkörper
eingebaut. Diese behindern einerseits das Mikrowellenfeld, andererseits müssen aufwändige
Maßnahmen getroffen werden, um das Austreten von Mikrowellen im Befestigungs- und
Verkabelungsbereich der Heizkörper zu verhindern. Außerdem besteht ein Nachteil bei
diesen Heizkörpern darin, dass sie neben dem Gargut auch den Garraum erhitzen und
somit Energieverluste mit sich bringen. Zum Bräunen des Garguts in reinen Mirowellengeräten
ist auch spezielles Bräunungsgeschirr bekannt geworden, welches Mikrowellen besonders
gut absorbiert. Hierzu werden Keramiken verwendet, deren Material einen hohen Flüssigkeitsanteil
aufweist und deshalb zusätzlich zum Gargut durch die Mikrowellen erhitzt wird. Außerdem
ist es bekannt, Gargut in einer Verpackung anzubieten, die mit einer Mikrowellen absorbierenden
Beschichtung versehen ist. Materialien oder Bauteile, die Hochfrequenzstrahlung im
Spektrum von 100 MHz bis 100 GHz, insbesondere Mikrowellen im Spektrum von 300 MHz
bis 100 GHz gut absorbieren, werden im Folgenden als Hochfrequenzsuszeptoren bezeichnet.
Ein solcher Hochfrequenzsuszeptor wirkt im Allgemeinen als Antenne und dadurch als
Absorber für Hochfrequenzstrahlung. Er umfasst vorzugsweise elektrisch leitfähige
Leiterbahnen, welche durch die Hochfrequenzstrahlung angeregt werden. Dabei stellen
diese Leiterbahnen insbesondere einen Widerstand zur Verfügung, sodass durch die Anregung
mit Hochfrequenzstrahlung Joulesche Wärme entsteht.
[0004] Der Erfindung stellt sich das Problem, bei der Behandlung von Gargut mittels Hochfrequenzstrahlung
deren Anwendungsmöglichkeiten zu verbessern. Als Gargut werden Lebensmittel, aber
auch Flüssigkeiten wie z. B. Wasser verstanden. Eine Behandlung dieser Stoffe kann
zum Zweck des Verzehrs, im Fall von Wasser aber auch zum Zweck des Verdampfens, auch
z. B. zur Trocknung der Garraumwände erfolgen. Die hier beschriebenen zu erwärmenden
Stoffe sind Dielektrika.
[0005] Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und durch ein Gargerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweils nachfolgenden
Unteransprüchen.
[0006] Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Behandeln von Gargut in einem Garraum eines
Gargeräts, in den von mindestens einem Hochfrequenzerzeuger erzeugte Hochfrequenzstrahlung
über mindestens eine Abstrahleinrichtung eingebracht wird, wobei die Hochfrequenzstrahlung
in mindestens einem ihrer Strahlungsparameter Frequenz oder Phase veränderbar ist.
Dabei wird mindestens ein im Garraum angeordneter Hochfrequenzsuszeptor mit einer
Hochfrequenzstrahlung erhitzt, deren mindestens einer Strahlungsparameter hinsichtlich
der Absorption durch den Hochfrequenzsuszeptor angepasst ist. Unter Anpassung ist
nicht zu verstehen, dass fest vorgegebene Frequenzen oder Phasen (oder Phasendifferenzen
bei der Verwendung von zwei oder mehr Abstrahleinrichtungen) verwendet werden. Vielmehr
handelt es sich jeweils um Frequenzbereiche oder Phasenbereiche, die die gewünschte
Erhitzung in der gewünschten Art und Weise erzielen. Auf diese Weise wird der Vorteil
erreicht, dass der Strahlungsparameter gezielt an den Hochfrequenzsuszeptor angepasst
werden kann und die Erhitzung des Garguts dann bei einer Hochfrequenzstrahlung mit
diesem Parameter vorrangig über den Hochfrequenzsuszeptor erfolgen kann. Es kann somit
ein reines Hochfrequenzstrahlungs-Gargerät auch zum Bräunen verwendet werden, ohne
dass leitungsgebundene elektrische Strahlungsheizkörper vorhanden sein müssen. Natürlich
können diese als Ergänzung oder Verstärkung des erfindungsgemäßen Heizsystems zusätzlich
verwendet werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann das Gargut dosierbar und
allein durch die Gerätesteuerung zuschaltbar gezielt erhitzt und gebräunt werden.
Die Anpassung der Parameter an den Hochfrequenzsuszeptor kann darin bestehen, dass
Hochfrequenzstrahlung mit einer Frequenz und/oder Phase verwendet wird, bei der der
Hochfrequenzsuszeptor ein Absorptionsmaximum besitzt, um eine möglichst hohe Energieausbeute
zu erzielen. Es kann aber auch eine Anpassung erfolgen, in der nicht unbedingt das
Absorptionsmaximum erreicht wird, beispielsweise, um eine schonende Bräunung zu erreichen
und dadurch ein Verbrennen des Garguts zu vermeiden.
[0007] Es ist besonders vorteilhaft, wenn mindestens zwei Hochfrequenzsuszeptoren verwendet
werden, und wenn die Hochfrequenzstrahlung in einem Erhitzungszeitraum dahingehend
variiert wird, dass vorbestimmte Hochfrequenzsuszeptoren in Teilabschnitten des Erhitzungszeitraums
mit einer Hochfrequenzstrahlung erhitzt werden, deren mindestens einer Strahlungsparameter
jeweils auf einen der vorbestimmten Hochfrequenzsuszeptoren angepasst ist. Dadurch
kann das Gargut von unterschiedlichen Seiten erhitzt werden, was einen gleichmäßigen
Gar- oder Bräunungszustand begünstigt. Durch die Auswahl vorbestimmter Hochfrequenzsuszeptoren
können programmabhängig erhitzte Bereiche geschaffen werden, die für die Zubereitung
des Garguts günstig sind.
[0008] Zusätzlich kann die Hochfrequenzstrahlung in dem Erhitzungszeitraum dahingehend variiert
werden, dass in einem weiteren Teilabschnitt des Erhitzungszeitraums im Garraum befindliches
Gargut mit einer Hochfrequenzstrahlung erhitzt wird, deren mindestens einer Strahlungsparameter
hinsichtlich der Absorption durch das Gargut angepasst ist. Das Gargut kann dann durch
die direkte Einwirkung der Hochfrequenzstrahlung schonend gegart werden und gleichzeitig
oder zeitversetzt durch die von den Hochfrequenzsuszeptoren ausgehende Hitze gebräunt
werden.
[0009] Es ist auch möglich, die Absorption durch den mindestens einen Hochfrequenzsuszeptor
durch Messung der Temperatur in der Nähe des entsprechenden Hochfrequenzsuszeptors
zu bestimmen. Es können dann Arbeitspunkte für die Hochfrequenzstrahlung ausgewählt
werden, bei denen die Absorption nur für gewünschte Suszeptoren hoch ist bzw. bei
denen die Absorption durch einzelne Suszeptoren in einem gewünschten Verhältnis zueinandersteht.
Alternativ können Arbeitspunkte für die Hochfrequenzstrahlung ausgewählt werden, bei
denen zwar die Gesamtabsorption hoch ist, aber die Hochfrequenzsuszeptoren gar nicht
oder nur wenig angeregt werden. Das würde zu einem klassischen Mikrowellenbetrieb
führen, in dem nur das Gargut Hochfrequenzstrahlung absorbiert.
[0010] In dem Erhitzungszeitraum können mehrfach Erhitzungszyklen aufeinanderfolgen, in
denen die vorbestimmten Hochfrequenzsuszeptoren und/oder das Gargut in den Teilabschnitten
erhitzt werden. Dadurch wird die Erhitzung des Garguts vergleichmäßigt. Dabei können
in allen Erhitzungszyklen alle Hochfrequenzsuszeptoren und das Gargut nacheinander
erhitzt werden, es können aber auch in verschiedenen Teilen des Erhitzungszeitraums
unterschiedliche Hochfrequenzsuszeptoren und/oder nur das Gargut erhitzt werden.
[0011] Der Erhitzungszeitraum kann mit der gesamten Behandlungsdauer des Garguts (in der
Regel ist das die Programmlaufzeit) identisch sein, kann aber auch nur einen Teil
der Behandlungsdauer darstellen. Insbesondere können den Erhitzungszyklen jeweils
Messabschnitte vorgelagert sein, in denen der mindestens eine Strahlungsparameter
für den darauf folgenden Erhitzungszyklus bestimmt wird. Durch den Garvorgang, insbesondere
durch den damit verbundenen Wasserentzug und durch eine mögliche Lage- oder Größenänderung
des Garguts, aber auch durch eine Erhitzung der Luft im Garraum ändert sich das durch
die Hochfrequenzstrahlung erzeugte elektrische Feld im Garraum. Deshalb führt eine
zyklische Neubestimmung der Strahlungsparameter zu einer optimierten Erregung der
Hochfrequenzsuszeptoren und/oder Erhitzung des Garguts.
[0012] In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der mindestens eine Strahlungsparameter
in den Messabschnitten durch Auswertung der Reflexion, Transmission, Absorption, Feldverteilung
und/oder S-Parameter der von der mindestens einen Abstrahleinrichtung ausgesendeten
und/oder empfangenen Hochfrequenzstrahlung mittels einer Detektionseinrichtung ermittelt.
[0013] Das erfindungsgemäße Gargerät besitzt einen Garraum mit einem Hochfrequenzerzeuger
zum Erzeugen von Hochfrequenzstrahlung und mit mindestens einer Abstrahleinrichtung
zum Einbringen der Hochfrequenzstrahlung in den Garraum, wobei die Hochfrequenzstrahlung
in mindestens einem der ihrer Strahlungsparameter Frequenz oder Phase veränderbar
ist. Im Garraum ist mindestens ein Hochfrequenzsuszeptor angeordnet. Dieser kann zum
Bräunen des Garguts verwendet werden, ohne dass leitungsgebundene elektrische Strahlungsheizkörper
vorhanden sein müssen. Aufgrund der Möglichkeit, den Hochfrequenzsuszeptor durch Veränderung
der Strahlungsparameter Frequenz oder Phase gezielt zu erhitzen, kann er als zusätzlicher
Heizkörper gezielt und programmgesteuert zugeschaltet werden. Auf diese Weise können
Gar- und Bräunungszeiten für das Gargut beliebig aneinandergereiht oder sogar überlagert
werden. Dies kann in einem Automatikprogramm zeitgesteuert oder, bei entsprechender
sensorischer Zusatzausstattung, sogar zustandsgesteuert erfolgen. Die Hochfrequenzsuszeptoren
können an beliebiger Stelle in oder am Garraum angeordnet sein. Dabei können sie so
ausgebildet sein, dass verschiedene Hochfrequenzsuszeptoren oder verschiedene Gruppen
von Hochfrequenzsuszeptoren für Hochfrequenzstrahlung mit unterschiedlicher Frequenz
oder Phase ein Absorptionsmaximum aufweisen.
[0014] Mindestens ein Hochfrequenzsuszeptor kann an einer Wand des Garraums angeordnet sein
oder mindestens einen Teil der Garraumwand bilden. Es ist besonders vorteilhaft, wenn
mindestens ein erster Hochfrequenzsuszeptor an einem Boden des Garraums angeordnet
ist oder mindestens einen Teil des Garraumbodens bildet und mindestens ein zweiter
Hochfrequenzsuszeptor an einer Decke des Garraums angeordnet ist oder mindestens einen
Teil der Garraumdecke bildet. Hierdurch wird eine Ober- und Unterhitze wie bei herkömmlichen
Backöfen simuliert. Natürlich können auch die Seiten- und Rückwände mit weiteren Hochfrequenzsuszeptoren
ausgestattet werden, um eine bessere Gleichmäßigkeit eines Gar- oder Bräunungsvorgangs
zu erreichen oder sogar gezielt einzelne Bereiche des Garguts stärker zu bräunen oder
zu garen als andere. Auch hier können zu diesem Zweck die Hochfrequenzsuszeptoren
so ausgebildet sein, dass verschiedene Hochfrequenzsuszeptoren oder verschiedene Gruppen
von Hochfrequenzsuszeptoren für Hochfrequenzstrahlung mit unterschiedlicher Frequenz
oder Phase ein Absorptionsmaximum aufweisen.
[0015] Zusätzlich oder alternativ kann mindestens ein Hochfrequenzsuszeptor an einer Gargutaufnahme
angeordnet sein oder mindestens einen Teil der Gargutaufnahme bilden. Es können auch
mehrere Hochfrequenzsuszeptoren an der Gargutaufnahme angeordnet sein, die für Hochfrequenzstrahlung
mit unterschiedlicher Frequenz oder Phase ein Absorptionsmaximum aufweisen. Auf diese
Weise können Bereiche mit unterschiedlichem Bräunungs- oder Erhitzungsverhalten angeordnet
werden. Es können beispielsweise Menüteller mit Kalt- und Heißbereichen hergestellt
werden, bei denen in den Kaltbereichen beispielsweise Salat platziert werden kann.
[0016] Bevorzugt ist der Garraum mit wenigstens einer Garraumtür verschließbar, wobei wenigstens
ein Hochfrequenzsuszeptor an oder in der Garraumtür angeordnet ist. Dann lässt sich
der Garraum auch noch von der Garraumtür aus als einer weiteren Wand beheizen. Insbesondere
kann, wenn die Garraumtür wenigstens ein Sichtfenster aufweist und der Hochfrequenzsuszeptor
wenigstens abschnittsweise im Bereich des Sichtfensters angeordnet ist und wenigstens
abschnittsweise im Wesentlichen transparent ausgebildet ist, Kondenswasser gezielt
abgetrocknet werden. So bleibt trotz dieser Möglichkeit ein funktionelles Sichtfenster
erhalten. Der Suszeptor an oder in der Garraumtür kann als transparente leitfähige
Beschichtung auf der Türscheibe realisiert sein.
[0017] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt
und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
- Figur 1
- ein Gargerät 1 in Form eines Mikrowellengerätes 10;
- Figur 2
- eine Schemaskizze eines Mikrowellengenerators 20;
- Figur 3
- einen Hochfrequenzsuszeptor 3 in der Draufsicht;
- Figur 4
- einen Hochfrequenzsuszeptor 3 im Querschnitt;
- Figur 5
- ein Gargerät 1 mit verschiedenen Hochfrequenzsuszeptoren 33, 34, 35 im Garraum 11;
- Figur 6
- ein Gargerät 1 mit Hochfrequenzsuszeptoren 36 auf dem Sichtfenster 18;
- Figuren 7, 8
- Gargutträger 6 mit verschiedenen Hochfrequenzsuszeptorzonen 37, 38, 39, 40;
- Figur 9
- ein Frequenz-Phasen-Diagramm;
- Figur 10
- ein Diagramm mit zwei frequenzabhängigen Amplitudenverläufen;
[0018] In Figur 1 ist rein schematisch ein erfindungsgemäßes Gargerät 1, hier in Form eines
Mikrowellengeräts 10 dargestellt. Das Gerät 1 besitzt ein Gehäuse 19, in dem ein Garraum
11 mit zwei Seitenwänden 14, einer Rückwand 15, einem Boden 16 und einer Decke 17
(in der Zeichnung nicht erkennbar) angeordnet ist. Der Garraum 11 kann Einrichtungen
zur Aufnahme von Gargutträgern 6 wie Traggitter, Backbleche 61, Fettpfannen, Pizzasteine,
aber auch Tassen, Schalen oder unterteilte Menüteller 60 besitzen, von denen ein Menüteller
60 und ein Backblech 61 in den Figuren 7 und 8 dargestellt sind. Ein Bedienfeld 5
dient zur Einstellung von Programmen und zugehörigen Programmparametern (Gardauer,
Leistung ...). Es kann auch dazu ausgebildet sein, Automatikprogramme auszuwählen,
in denen dann die Art des Garguts 12 (Hähnchen, Obstkuchen ...) und gegebenenfalls
Zustandsparameter (kross, medium ...) eingegeben werden. Der Garraum 11 kann durch
eine Tür 17 verschlossen werden, die hier im geöffneten Zustand gezeigt ist. Die Tür
umfasst ein Sichtfenster 18, durch die das Gargut 12 beobachtet werden kann. Des Weiteren
besitzt das Gerät 1 einen Hochfrequenzerzeuger 2, der hier als Mikrowellengenerator
20 ausgebildet ist und durch den gestrichelten Kreis angedeutet ist.
[0019] Figur 2 stellt den Aufbau des Mikrowellengenerators 20 näher dar. Zunächst ist hier
der Garraum 11 mit einem darin befindlichen Gargut 12 dargestellt. In den Garraum
11 münden zwei Abstrahleinrichtungen 21, die hier als Antennen 22 ausgebildet sind.
(Anmerkung: Grundsätzlich können, wie in der Figur 2 durch die Striche angedeutet,
mehr als zwei Antennen 22 und entsprechend mehrere der nachfolgend beschriebenen Bauteile
zur Erzeugung des elektromagnetischen Felds im Garraum 11 verwendet werden. Es können
auch andere Abstrahleinrichtungen 21 wie Hohlleiter etc. eingesetzt werden, allerdings
haben sich für die nachfolgend beschriebene Art der Mikrowelleneinkopplung Antennenstrukturen
bewährt). Zur Erzeugung der Mikrowellen gibt es zwei Frequenzgeneratoren 23. Im Ausführungsbeispiel
sind die elektromagnetischen Wellen, die die Frequenzgeneratoren 23 erzeugen, auf
ein Frequenzspektrum von 2,4 bis 2,5 GHz beschränkt. Natürlich können auch andere
Frequenzen eingesetzt werden. Ein Phasenschieber 24 in einer der beiden Leitungen
sorgt dafür, dass die Phase eines Signals eingestellt werden kann und sich dadurch
zwischen den beiden abgestrahlten Signalen eine Phasendifferenz ΔΦ einstellt. Als
Phasenschieber 24 wird hier ein I/Q-Modulator verwendet. (Anmerkung: In der Figur
2 sind in beiden dargestellten Leitungszweigen Phasenschieber 24 gezeigt. Das ist
der Tatsache geschuldet, dass auch mehr als zwei Antennen 22 und die dazugehörigen
Bauteile vorhanden sein können. Bei n Antennen werden jeweils n - 1 Phasenschieber
24 verwendet. Für die nachfolgend beschriebenen Auswertungen kann eine Betrachtung
der Phasen Φ
1 und Φ
2 für zwei Antennen 22 erfolgen. In der Praxis wird man jedoch bei zwei Antennen nur
die Phasendifferenz ΔΦ betrachten). Die von den Frequenzgeneratoren 23 erzeugten Mikrowellen
werden durch Vorverstärker 25 und Endstufen 26 auf eine Leistung verstärkt, mit der
das Gargut 12 dielektrisch erhitzt werden kann. Die Frequenzgeneratoren 23 und der
Phasenschieber 24 werden von einer Gerätesteuerung 27 beeinflusst, so dass der Strahlungsparameter
Frequenz f in einem Spektrum von 2,4 bis 2,5 GHz und der Strahlungsparameter Phase
bzw. Phasendifferenz ΔΦ von 0 bis 360° variiert werden kann. In beiden Leitungen sind
bidirektionale Koppler 28 angeordnet, die die über die Antennen 22 ausgestrahlten
Mikrowellen (einlaufendes Signal) mit den über die Antennen empfangenen Mikrowellen
(rücklaufendes Signal) hinsichtlich Betrag und Phase vergleichen. Hierzu ist jeweils
ein I/Q-Demodulator erforderlich, um auch die Phasenverschiebung von einlaufender
und rücklaufender Welle zur Charakterisierung der Sende- und Empfangsverhältnisse
verwenden zu können. Das Vergleichsergebnis wird an die Gerätesteuerung 27 weitergegeben.
[0020] Es gehören zu jeder Mikrowelle, die von einer Antenne gesendet werden, eine Frequenz
f, eine Amplitude A und eine Phase Φ. Wie zuvor beschrieben, können diese Parameter
grundsätzlich variiert werden. Für jeden Parametersatz lässt sich aus den Vergleichsergebnissen
somit die Größe "Reflexion R im/am Garraum" berechnen. Was nicht reflektiert wird,
verbleibt im Garraum 11, wird also absorbiert. Somit ist auch die Absorption A bekannt.
[0021] Wie zuvor beschrieben lässt sich die Abhängigkeit von Φ
1 und Φ
2 auf die Abhängigkeit von ΔΦ reduzieren. Wählt man bei 2 Antennen zusätzlich f = f
1 = f
2 (gleiche Frequenz bei beiden Frequenzgeneratoren 23) und A = A
1 = A
2 gilt
[0022] Die Absorption elektromagnetischer Strahlung zeigt bei bestimmten Parametersätzen
für die gesendeten Mikrowellen lokale Maxima. Bei diesen Parametersätzen lässt sich
besonders viel Energie in den Garraum 11 einbringen, d. h., es wird besonders viel
Energie absorbiert. Die zugehörigen Zahlenwerte für die Parameter sind allerdings
nicht für den gesamten Erhitzungszeitraum konstant. Sie ändern sich, wenn sich z.B.
die Garraumtemperatur ändert oder wenn sich unterschiedlich geformtes oder unterschiedlich
schweres Gargut im Garraum befindet (Verstimmung des Resonators) oder wenn sich der
Garzustand des Garguts ändert.
[0023] Grundlage des Erfindungsgedankens ist es nun, zusätzlich zum Gargut 12 spezielle
Mikrowellenabsorber, sogenannte Hochfrequenzsuszeptoren 3 im oder am Garraum 11 zu
installieren. Die Suszeptoren 3 absorbieren Mikrowellenenergie aus dem Feld. In der
Suszeptorstruktur bilden sich (Wirbel-) Ströme aus, durch die Joulesche Wärme entsteht,
wodurch sich die Strukturen erhitzen. Die Figuren 3 und 4 zeigen solche SuszeptorStrukturen
in der Draufsicht und im Querschnitt. Es sind in der Regel Strukturen, in denen Leiterbahnen
30 aus einem leitenden Material mit sehr geringer (Schicht-) Dicke 31 auf einem nichtleitenden
Material 32 angeordnet sind. Sie wirken als Antennen, die auf bestimmte Frequenz-Phasendifferenz-Kombinationen
ansprechen. Die Geometrie der Struktur, ihr Ort und ihre Orientierung im Garraum bestimmen
die Frequenz-Phasendifferenz-Kombination, bei der der Suszeptor 3 seine Absorptionsmaxima
aufweist.
[0024] Figur 5 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines Gargeräts 1, bei
dem an den Garraumwänden unterschiedliche Strukturen angeordnet sind und so verschiedene
Hochfrequenzsuszeptoren 33, 34 und 35 ausgebildet werden. Dadurch wird erreicht, dass
die verschiedenen Hochfrequenzsuszeptoren 33, 34, 35 mit unterschiedlichen Frequenz-Phasendifferenz-Kombinationen
angeregt werden können. Hierzu später mehr. Auch das Sichtfenster 18 der Gargerätetür
kann Hochfrequenzsuszeptoren 36 enthalten, siehe Figur 6. Hier sind die leitenden
Suszeptorstrukturen aus einem transparenten Material ausgebildet, das sonst zur Herstellung
transparenter Elektroden verwendet wird (z.B. ITO, dotiertes Zinndioxid oder dünne
transparente Nickel- oder Silberschichten). Diese Strukturen behindern die Sicht durch
das ansonsten transparente Fenster 18 nicht. Figur 7 zeigt eine Gargutaufnahme am
Beispiel eines unterteilten Menütellers 60. Hier sind drei Bereiche mit unterschiedlichen
Suszeptorstrukturen 37, 38, 39 vorgesehen. Natürlich können auch andere Gargutträger
mit Hochfrequenzsuszeptoren 40 versehen werden, beispielsweise Backbleche 61 (siehe
Figur 8), Fettpfannen, Pizzasteine, aber auch Tassen oder Schalen. Hier wird in der
Regel nur eine einzige Suszeptorstruktur 40 vorgesehen sein.
[0025] Im Folgenden ist nun das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben, in dem Gargut 12
unter Einbeziehung der Hochfrequenzsuszeptoren 3 erhitzt wird.
[0026] Wie zuvor beschrieben, gibt es bezüglich der in den Garraum 11 eingestrahlten Mikrowellen
Parameterbereiche, in denen die Hochfrequenzsuszeptoren 3 besonders gut absorbieren.
In dem Diagramm in Figur 9 ist die mit dem I/Q-Demodulator 28 ausgewertete Absorptionscharakteristik
für einen Durchlauf dargestellt, in dem die Frequenz beider Frequenzoszillatoren im
Bereich von 2,4 GHz bis 2,5GHz jeweils identisch und in diskreten Schritten um 2MHz
erhöht wurde. Die Frequenz ist auf der X-Achse dargestellt. Auf der Y-Achse ist die
Phasendifferenz dargestellt, die bei jedem Frequenzschritt ebenfalls in diskreten
Schritten um jeweils 6° geändert wurde. Die Absorptionsrate ist in diesem Frequenz-Phasen-Diagramm
als Graustufe dargestellt, d. h., Bereiche mit einer Absorption von 100% sind schwarz,
Bereiche mit einer Absorption von 0% weiß. In dem gezeigten Diagramm sind vier Frequenz-Phasen-Bereiche
erkennbar in denen eine hohe Absorption erfolgt. Diese Bereiche können vier Hochfrequenzsuszeptoren
3 zugeordnet werden. Die Lage und Ausdehnung eines Frequenz-Phasen-Bereichs mit hoher
Absorption ist abhängig von der Struktur, aber auch von der räumlichen Lage des Hochfrequenzsuszeptors
3. Zusätzlichen Einfluss haben die Temperatur des Garraums 11 sowie eine "Verstimmung"
des Garraums 11 als Resonator durch ein eingebrachtes Gargut 12. Das bedeutet, dass
durch die Erhitzung eines Garguts 12 die Lage und Ausdehnung der Frequenz-Phasendifferenz-Bereiche
mit hoher Absorption, die den Suszeptoren 3 zugeordnet werden können, im Frequenz-Phasendifferenz-Diagramm
wandern. Außerdem kommen neue Bereiche durch das Gargut 12 hinzu, das ja auch Mikrowellen
absorbiert. Figur 10 zeigt dieses Phänomen anhand einer vereinfachten Messkurve. Dort
sind in einem System mit nur einer Antenne 22 (demzufolge lässt sich nur die Frequenz,
nicht die Phasendifferenz variieren) die Resonanzen für das Frequenzspektrum von 2,4
bis 2,5 GHz dargestellt. Die durchgezogene Kurve I zeigt die Resonanzen bei leerem
und kaltem Garraum. Es sind drei Resonanzminima (folglich Absorptionsmaxima) A, B
und C erkennbar, die drei im Garraum 11 befindlichen Hochfrequenzsuszeptoren 3 zugeordnet
werden können. Die gestrichelte Kurve I zeigt, dass sich bei heißem und mit Gargut
befülltem Garraum die Resonanzminima der Hochfrequenzsuszeptoren 3 verschieben und
in ihrer Breite ändern.
[0027] Um nun die Lage der Frequenz-Phasendifferenz-Bereiche zu kennen, in denen jeweils
ein Hochfrequenzsuszeptor 3 erhitzt wird, werden diese zunächst einmal bei leerem
und kaltem Garraum bestimmt und in der Gerätesteuerung 27 in einem permanenten Speicher
abgelegt. Dies kann bereits bei der Produktion des Geräts 1 erfolgen. Die verschiedenen
Hochfrequenzsuszeptoren 3 sollten unterschiedliche Absorptionsmaxima aufweisen und
sind derart ausgesucht bzw. aufgebaut, dass die Absorptionsmaxima ausreichend weit
voneinander entfernt sind. So wird der erste Hochfrequenzsuszeptor nicht oder nur
sehr gering von der Frequenz angeregt, mittels welcher der zweite Hochfrequenzsuszeptor
angeregt wird und so weiter. Während des Programmablaufs folgen mehrere Erhitzungszyklen
aufeinander. Die Anzahl der Erhitzungszyklen bestimmt sich aus dem Wert für die gesamte
Erhitzungsdauer. Letztere kann vom Benutzer vorgegeben werden, als Festwert für ein
Automatikprogramm in der Gerätesteuerung abgelegt sein oder aus dem Resonanz- oder
Absorptionsverhalten des Garguts ermittelt werden. Natürlich kann auch durch ergänzende
Sensorik der Zustand des Garguts bestimmt werden. Die Erhitzungszyklen besitzen in
vorteilhafter Weise eine festgelegte, konstante Dauer, die jeweils zwischen fünf Sekunden
und einer Minute betragen kann, insbesondere jeweils zehn Sekunden. Es werden Mikrowellen
mit einer Leistung im Bereich von einigen hundert Watt abgestrahlt. Den Erhitzungszyklen
sind jeweils Messabschnitte vorgelagert, in denen das gesamte mögliche Frequenz- und
Phasendifferenzspektrum abgestrahlt wird, d. h., im beschriebenen Ausführungsbeispiel
ein Frequenzspektrum von 2,4 bis 2,5 GHz und ein Phasendifferenzspektrum von 0 bis
360°. Die Messabschnitte dauern jeweils nur einige Millisekunden und werden mit einer
Leistung im einstelligen Wattbereich durchgeführt. Dabei werden die Frequenz-Phasendifferenz-Kombinationen
ermittelt, in denen hohe Absorptionen erfolgen, und diese Bereiche den jeweiligen
Suszeptoren 3 und dem Gargut 12 zugeordnet. Aufgrund der am Anfang des Absatzes beschriebenen
Bestimmung der Bereiche für die Hochfrequenzsuszeptoren bei kaltem und leerem Garraum
kann die Gerätesteuerung in den Messabschnitten durch statistische Verfahren und/
oder Plausibilitätsbetrachtungen die Frequenz-Phasendifferenz-Bereiche mit hoher Absorption
auch bei einer "Verstimmung" durch eingebrachtes Gargut 12 und durch Erhitzung des
Garraums "nachverfolgen". Außerdem können zusätzlich ermittelte Frequenz-Phasendifferenz-Bereiche
mit hoher Absorption dem Gargut 12 zugeordnet werden. In den nachfolgenden Erhitzungszyklen
können nun gezielt Mikrowellen mit Frequenz-Phasendifferenz-Kombinationen abgestrahlt
werden, die hinsichtlich der Absorption durch einen der Hochfrequenzsuszeptoren und/oder
das Gargut 12 angepasst ist.
[0028] Für den Fall, dass eine solche mechatronische Anpassung des Suszeptoraufbaus nicht
vorgenommen wird, besteht die Möglichkeit, mindestens einen Hochfrequenzsuszeptor
mit mindestens einem Temperatursensor zu versehen. Über die Messung der Frequenzabhängigkeit
der Absorption wird dann für alle Frequenz-Phasenkombinationen bestimmt, welcher Teil
der zugeführten Leistung (insgesamt) absorbiert wird. Das Ergebnis dieser Messung
ist ein Resonanzspektrum. Aus den verschiedenen Temperaturerhöhungen an den verschiedenen
Suszeptoren ergibt sich dann für jede Resonanz, wie sich das Verhältnis der zugeführten
Leistungen auf die verschiedenen Suszeptoren verteilt. Ist die insgesamt absorbierte
Leistung hoch und gleichzeitig die Temperaturerhöhung an den Suszeptoren gering, ist
das Gargut der Hauptabsorber (klassischer Mikrowellenbetrieb). So können gezielt die
Resonanzen verwendet werden, die z. B. nur gerade einen bestimmten Suszeptor besonders
stark oder nur das Lebensmittel besonders stark oder alle Absorber etwa gleich stark
erwärmen.
[0029] Im Folgenden sind beispielhaft verschiedene Anwendungsfälle aufgelistet, in denen
eine solche gezielte Anpassung während des Programmablaufs erfolgt. Die Beispiele
erheben natürlich keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
Beispiel 1 - Schweinebraten
[0030] Der Benutzer gibt einen Schweinebraten als Gargut 12 in den Garraum 11 des Mikrowellengerätes
10 und wählt über das Bedienfeld 5 ein entsprechendes Programm aus. Während des gesamten
Erhitzungszeitraums werden Frequenz-Phasendifferenz-Bereiche angesteuert, die an die
Absorption des Garguts 12 angepasst sind und dieses kontinuierlich garen. Das müssen
nicht unbedingt die Frequenz-Phasendifferenz-Bereiche sein, in denen die Absorption
am höchsten ist. Man wird eher solche Bereiche wählen, in denen das Gargut 12 schonend
und gleichmäßig gegart wird, also Bereiche mit einer vorgegebenen Absorptionscharakteristik,
beispielsweise im Bereich von 50 bis 70%. Zusätzlich werden über einen Teil des Erhitzungszeitraums,
beispielsweise zu Beginn oder am Ende, alle Frequenz-Phasendifferenz-Bereiche angesteuert,
die an die installierten Hochfrequenzsuszeptoren 33, 34, 35 im Garraum 11 (siehe Figur
4), und wenn vorhanden, 36 am Sichtfenster (siehe Figur 5) und ggfs. 37, 38, 39 oder
40 auf der Oberseite eines Gargutträgers 60 oder 61 angepasst sind. Auch hier gilt
das am Anfang des Absatzes Beschriebene, d. h., es müssen nicht unbedingt Frequenz-Phasendifferenz-Bereiche
sein, in denen die Absorption durch die Hochfrequenzsuszeptoren am höchsten ist. Auf
diese Weise wird rundum eine gleichmäßige Bräunung erreicht. Die Bräunung wird in
der Regel schneller erfolgen als das Garen, insofern kann die Ansteuerung der Frequenz-Phasendifferenz-Bereiche
für die Hochfrequenzsuszeptoren nach einem Teil des Erhitzungszeitraums eingestellt
werden oder erst am Ende des Erhitzungszeitraums erfolgen.
Beispiel 2 - Brathähnchen
[0031] Der Benutzer gibt das Brathähnchen als Gargut 12 in den Garraum 11 des Mikrowellengerätes
10 und wählt über das Bedienfeld 5 ein entsprechendes Programm. Während des gesamten
Erhitzungszeitraums werden Frequenz-Phasendifferenz-Bereiche angesteuert, die an die
Absorption des Garguts 12 angepasst sind und dieses kontinuierlich garen. Die Hochfrequenzsuszeptoren
331 an der Decke 16 und 37, 38, 39 oder 40 auf dem Gargutträger werden nur für eine
kurze Zeit erhitzt, so dass das Brathähnchen auf der Ober- und Unterseite nur eine
leichte Bräunung erhält. Die Hochfrequenzsuszeptoren 34 und 35 an den Seiten 14 und
der Rückwand 15 des Garraums 11 und 36 am Sichtfenster 18 werden länger erhitzt, so
dass die Flügel- und Beinpartien stärker gebräunt werden.
Beispiel 3 - Steak (rare, medium, well done)
[0032] Der Benutzer gibt ein flaches Steak auf eine mit einem Hochfrequenzsuszeptor 40 ausgestattete
Gargutaufnahme 6 bzw. 61. Während des Programmablaufs werden nur der Hochfrequenzsuszeptor
40 auf der Gargutaufnahme und der Hochfrequenzsuszeptor 331 an der Decke 16 des Garraums
11 erhitzt. Eine Erhitzung des Steaks über daran angepasste Mikrowellen erfolgt nicht,
wenn als Garzustand "rare" gewählt wurde. Sollte "medium" oder "well done" gewählt
sein, werden über einen vorgegebenen Zeitraum auch Frequenz-Phasendifferenz-Bereiche
angesteuert, die an die Absorption des Garguts 12 angepasst sind dieses mehr oder
weniger garen.
Beispiel 4 - Menü erhitzen
[0033] Der Benutzer gibt auf den in Figur 7 dargestellten Menüteller 60 ein Menü aus den
Bestandteilen Fleisch, Kartoffeln und Brokkoli. Er ordnet über das Bedienfeld 5 die
verschiedenen Menüteile den Bereichen des Tellers 60 zu. Es erfolgt dann während des
Programmablaufs eine unterschiedlich lange Erhitzung der einzelnen Hochfrequenzsuszeptoren
37, 38 und 39 auf der Oberseite des Tellers 60, so dass die Kartoffeln lange und mittelstark
erhitzt werden, das Fleisch mittellang und stark und der Brokkoli kurz und leicht.
Bezugszeichenliste
1 |
Gargerät |
331 |
Hochfrequenzsuszeptor an der Garraumdecke |
10 |
Mikrowellengerät |
34 |
Hochfrequenzsuszeptor an der Garraumseitenwand |
11 |
Garraum |
12 |
Gargut |
35 |
Hochfrequenzsuszeptor an der Garraumrückwand |
13 |
Garraumboden |
36 |
Hochfrequenzsuszeptor am Sichtfenster |
14 |
Garraumseitenwand |
15 |
Garraumrückwand |
37 |
Hochfrequenzsuszeptor am Menüteller |
16 |
Garraumdecke |
38 |
Hochfrequenzsuszeptor am Menüteller |
17 |
Tür |
39 |
Hochfrequenzsuszeptor am Menüteller |
18 |
Sichtfenster |
40 |
Hochfrequenzsuszeptor auf dem Backblech |
19 |
Gehäuse |
2 |
Hochfrequenzerzeuger |
5 |
Bedienfeld |
20 |
Mikrowellengenerator |
21 |
Abstrahleinrichtung |
6 |
Gargutträger allgemein |
22 |
Antenne |
60 |
Menüteller |
23 |
Frequenzgenerator |
61 |
Backblech |
24 |
Phasenschieber (IQ-Modulator) |
|
|
25 |
Vorverstärker |
|
|
26 |
Endstufe |
|
|
27 |
Gerätesteuerung |
|
|
28 |
bidirektionaler Koppler (I/Q-Demodulator) |
|
|
3 |
Hochfrequenzsuszeptor allgemein |
|
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30 |
Leiterbahnen |
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31 |
leitendes Material |
|
|
32 |
nichtleitendes Material |
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|
33 |
Hochfrequenzsuszeptor am Garraumboden |
|
|
1. Verfahren zum Behandeln von Gargut (12) in einem Garraum (12) eines Gargeräts (1),
in den von mindestens einem Hochfrequenzerzeuger (2) erzeugte Hochfrequenzstrahlung
über mindestens eine Abstrahleinrichtung (21) eingebracht wird, wobei die Hochfrequenzstrahlung
in mindestens einem ihrer Strahlungsparameter Frequenz oder Phase veränderbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein im Garraum (12) angeordneter Hochfrequenzsuszeptor (3) mit einer Hochfrequenzstrahlung
erhitzt wird, deren mindestens einer Strahlungsparameter hinsichtlich der Absorption
durch den Hochfrequenzsuszeptor (3) angepasst ist.
2. Verfahren zum Behandeln von Gargut (12) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens zwei Hochfrequenzsuszeptoren (33 bis 40) verwendet werden, und dass die
Hochfrequenzstrahlung in einem Erhitzungszeitraum dahingehend variiert wird, dass
vorbestimmte Hochfrequenzsuszeptoren (33 bis 40) wenigstens in Teilabschnitten des
Erhitzungszeitraums mit einer Hochfrequenzstrahlung erhitzt werden, deren mindestens
einer Strahlungsparameter jeweils auf einen der vorbestimmten Hochfrequenzsuszeptoren
(33 bis 40) angepasst ist.
3. Verfahren zum Behandeln von Gargut (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hochfrequenzstrahlung in dem Erhitzungszeitraum dahingehend variiert wird, dass
in einem weiteren Teilabschnitt des Erhitzungszeitraums im Garraum (11) befindliches
Gargut (12) mit einer Hochfrequenzstrahlung erhitzt wird, deren mindestens einer Strahlungsparameter
hinsichtlich der Absorption durch das Gargut (12) angepasst ist.
4. Verfahren zum Behandeln von Gargut (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
die Absorption durch den mindestens einen Hochfrequenzsuszeptor (3) durch Messung
der Temperatur in der Nähe des entsprechenden Hochfrequenzsuszeptors (3) ermittelt
wird.
5. Verfahren zum Behandeln von Gargut (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich in dem Erhitzungszeitraum mehrfach Erhitzungszyklen aufeinanderfolgen, in denen
die vorbestimmten Hochfrequenzsuszeptoren (33 bis 40) und/oder das Gargut (12) in
den Teilabschnitten erhitzt werden.
6. Verfahren zum Behandeln von Gargut (12) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass den Erhitzungszyklen jeweils Messabschnitte vorgelagert sind, in denen der mindestens
eine Strahlungsparameter für den darauf folgenden Erhitzungszyklus bestimmt wird.
7. Verfahren zum Behandeln von Gargut (12) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Strahlungsparameter in den Messabschnitten durch Auswertung der
Reflexion, Transmission, Absorption, Feldverteilung und/oder von S-Parametern der
von der mindestens einen Abstrahleinrichtung (21) ausgesendeten und/oder empfangenen
Hochfrequenzstrahlung mittels einer Detektionseinrichtung (28) ermittelt wird.
8. Gargerät (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit einem Garraum (11), mit einem Hochfrequenzerzeuger (2) zum Erzeugen von Hochfrequenzstrahlung,
und mit mindestens einer Abstrahleinrichtung (21) zum Einbringen der Hochfrequenzstrahlung
in den Garraum (11), wobei die Hochfrequenzstrahlung in mindestens einem ihrer Strahlungsparameter
Frequenz oder Phase veränderbar ist,
gekennzeichnet durch mindestens einen im Garraum (11) angeordneten Hochfrequenzsuszeptor (3).
9. Gargerät (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Hochfrequenzsuszeptor (33 bis 35) an einer Wand (13 bis 16) des Garraums
angeordnet ist oder mindestens einen Teil der Garraumwand bildet.
10. Gargerät (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein erster Hochfrequenzsuszeptor (33) an einem Boden (13) des Garraums
(11) angeordnet ist oder mindestens einen Teil des Garraumbodens (13) bildet und dass
mindestens ein zweiter Hochfrequenzsuszeptor (331) an einer Decke (17) des Garraums
(11) angeordnet ist oder mindestens einen Teil der Garraumdecke (17) bildet.
11. Gargerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Hochfrequenzsuszeptor (37 bis 40) an einer Gargutaufnahme (6) angeordnet
ist oder mindestens einen Teil der Gargutaufnahme (6) bildet.
12. Gargerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Garraum (2) mit wenigstens einer Garraumtür (17) verschließbar ist und dass wenigstens
ein Hochfrequenzsuszeptor (36) an der Garraumtür (17) angeordnet ist.
13. Gargerät (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Garraumtür (17) wenigstens ein Sichtfenster (18) aufweist und dass der Hochfrequenzsuszeptor
(36) wenigstens abschnittsweise im Bereich des Sichtfensters (18) angeordnet ist,
wobei der Hochfrequenzsuszeptor (36) wenigstens abschnittsweise im Wesentlichen transparent
ausgebildet ist.
14. Gargerät (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens einem Hochfrequenzsuszeptor (3) ein Temperatursensor zugeordnet ist.