[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der während
eines Garvorgangs in einem Garraum eines Backofens von einem Gargut abgegebenen Dampfmenge.
[0002] Es ist allgemein bekannt, die Änderung der während eines Garvorgangs in einem Garraum
eines Backofens von einem Gargut während eines Zeitintervalls abgegebenen Dampfmenge
direkt, beispielsweise über einen Feuchtesensor gemäß der
US 4,734,554, oder indirekt, beispielsweise über einen Sauerstoffsensor, zu erfassen, um eine
feuchtigkeitsabhängige Steuerung des Backofens, beispielsweise zur automatischen Ermittlung
des Garzeitendes zu ermöglichen. Zur Garraumbeheizung können hier mit Ausnahme von
Heizdampf alle dem Fachmann bekannten und geeigneten Heizquellen verwendet werden,
da eine Unterscheidung zwischen dem Wasserdampf, der von dem Gargut während des Garens
abgegeben wird und dem Heizdampf nicht möglich ist. Die beschriebene Sensorik ist
jedoch verhältnismäßig teuer.
[0003] Aus der
DE 44 01 642 A1 ist darüber hinaus eine Vorrichtung zum Dampfgaren bekannt, bei der die Dampfmenge
über die Beheizung des Garraums geregelt wird. Dabei wird die in dem Garraum vorhandene
Dampfmenge über einen Temperaturfühler ermittelt. Der Temperaturfühler weist ein Messteil
auf, das sich in einer Kondensationsstrecke befindet, und ein Befestigungsteil, das
in Kontakt mit der Umgebungsluft ist. Dadurch stellt sich an dem Temperaturfühler
eine Temperatur ein, die unterhalb der Dampftemperatur liegt.
[0004] Ferner sieht die
DE 41 09 565 A1 ein Verfahren vor, bei dem zur Erfassung des Dampfgehalts in einem Garraum ein sogenannter
Kondensatfänger verwendet wird. Hierbei wird der Temperaturverlauf am Kondensatfänger
während der Kondensation beobachtet und für die automatische Bestimmung des Dampfgehalts
verwendet. Dieses Verfahren ist also für Gargeräte ausgebildet, bei denen Dampf als
Heizmittel eingesetzt wird. Eine Unterscheidung zwischen dem Wasserdampf, der von
dem Gargut während des Garens abgegeben wird und dem Heizdampf ist dabei nicht erforderlich,
da hier allein die Zufuhr des Heizdampfes geregelt werden soll.
[0005] Der Erfindung stellt sich somit das Problem ein Verfahren anzugeben, bei dem der
zeitliche Verlauf der während eines Garvorgangs in einem Garraum eines Backofens von
einem Gargut abgegebenen Dampfmenge mit kostengünstigen Mitteln automatisch bestimmt
werden kann.
[0006] Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
[0007] Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen insbesondere in der automatischen
Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der während eines Garvorgangs in einem Garraum
eines Backofens von einem Gargut abgegebenen Dampfmenge mit kostengünstigen Mitteln.
[0008] Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, dass zusätzlich
auch die Temperatur des Kühlkörpers durch einen dritten Temperatursensor gemessen
wird und in Abhängigkeit der von den drei Temperatursensoren an die Steuerung weitergeleiteten
Messsignale der zeitliche Verlauf der Dampfmenge während des Garvorgangs ermittelt
wird. Hierdurch ist die Genauigkeit des Verfahrens verbessert.
[0009] Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass
die Temperatur in dem Inneren des Wärmeleitkörpers, zwischen dem Messkopf und dem
Kühlkörper, durch einen vierten Temperatursensor gemessen wird und in Abhängigkeit
der von den vier Temperatursensoren an die Steuerung weitergeleiteten Messsignale
der zeitliche Verlauf der Dampfmenge während des Garvorgangs ermittelt wird. Auf diese
Weise ist die Genauigkeit des Verfahrens weiter verbessert, so dass zusätzlich auch
der absolute Wert der Wasserdampfabgabe aus dem Gargut zu einem Zeitpunkt während
des Garvorgangs bestimmt werden kann.
[0010] Grundsätzlich ist die weitere Verarbeitung des erfindungsgemäß bestimmten zeitlichen
Verlaufs der Dampfmenge in dem Garraum nach ihrer Art in weiten geeigneten Grenzen
wählbar. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass in Abhängigkeit des zeitlichen
Verlaufs der Dampfmenge in dem Garraum der Garzustand eines in dem Garraum garenden
Garguts automatisch ermittelt wird.
[0011] Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass
bei einem Anstieg der Dampfmenge während einer Anfangsphase eines Garvorgangs und
einem Abfall der Dampfmenge während einer auf die Anfangsphase zeitlich folgenden
Endphase des Garvorgangs das Ende des Garvorgangs automatisch ermittelt wird. Hierdurch
wird dem Benutzer eine sehr wertvolle Information über den Garvorgang auf besonders
einfache Weise zur Verfügung gestellt.
[0012] Ein weiteres Problem besteht darin, eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens
nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Verfügung zu stellen.
[0013] Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
[0014] Dadurch, dass der Wärmeleitkörper der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Messkopf
aufweist, der über einen quer zur Hauptausdehnungsrichtung des Wärmeleitkörpersrelativ
zu dem Messkopf zurückspringenden Verbindungsteil mit dem Kühlkörper wärmeleitend
verbunden ist, ist eine besonders kompakte Bauweise ermöglicht.
[0015] Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Wärmeleitkörper als ein massiver
Aluminiumkörper ausgebildet ist. Auf diese Weise ist eine besonders gute Wärmeleitung
realisiert, so dass der Wärmeleitkörper noch kompakter ausgebildet werden kann.
[0016] Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Wärmeleitkörper und der
Kühlkörper als ein einziger massiver Körper ausgebildet sind. Hierdurch ist der konstruktive
Aufwand reduziert.
[0017] Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Wärmeleitkörper mittels
einer Isolierung von dem Korpus des Backofens thermisch entkoppelt ist, wobei die
Isolierung in dem Bereich zwischen dem Messkopf und dem Kühlkörper an dem Verbindungsteil
angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine besonders einfache und kostengünstige thermische
Isolierung realisiert.
[0018] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung rein schematisch dargestellt
und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt die
- Figur
- eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0019] In der einzigen Fig. ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung grob schematisch dargestellt.
Hierbei handelt es sich um einen Backofen, mit einem durch eine Tür verschließbaren
Garraum 2, in dem ein Gargut 4 zubereitet wird. Während des Garvorgangs entstehender
Wrasen wird über einen an den Garraum 2 mittels einer Öffnung 5 strömungsleitend angeschlossenen
Wrasenkanal 6 an die freie Umgebung abgeführt, was durch Pfeile 8 symbolisiert ist.
Der Wrasen besteht dabei aus Luft und aus während des Garvorgangs aus dem Gargut 4
entweichenden Wasserdampf, der durch eine Wolke 10 angedeutet ist.
[0020] In den Wrasenkanal 6 ragt von Außen ein Wärmeleitkörper 12 mit einem Messkopf 14
hinein. Der Wärmeleitkörper 12 ist dabei über ein gegenüber dem Messkopf 14 zurückspringendes
Verbindungsteil 16 mit einem Kühlkörper 18 wärmeleitend verbunden. In dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel sind der Messkopf 14 und das Verbindungsteil 16 des Wärmeleitkörpers
12 mit dem Kühlkörper 18 als ein einziger massiver Körper ausgebildet. Zur besseren
Wärmeleitung ist der vorgenannte Körper, also der Wärmeleitkörper 12 und der Kühlkörper
18 als ein Aluminiumteil ausgebildet. Grundsätzlich sind jedoch auch andere dem Fachmann
bekannte und geeignete Materialien denkbar. Zu besseren Kühlung ist der Kühlkörper
18 in dem Kühlluftstrom eines nicht dargestellten Gebläses angeordnet und weist zusätzlich
Kühlrippen 18.1 auf. Der Kühlluftstrom ist durch einen Pfeil 20 symbolisiert. Grundsätzlich
wäre es auch möglich, dass der Kühlkörper nicht durch eine Zwangsströmung, sondern
durch freie Konvektion gekühlt wird.
[0021] Um die ungewünschte Kondensation des in dem Wrasen enthaltenen Wasserdampfes am Messkopf
14 zu verhindern, ist es bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausreichend, dass
der Wärmeleitkörper 12 in dem Wrasenkanal 6 angeordnet ist. Durch die während des
Garvorgangs in dem Wrasenkanal 6 herrschenden Strömungsbedingungen und den im Normalbetrieb
des Backofens gegebenen weiteren Betriebsbedingungen, wie beispielsweise den üblichen
Garraumtemperaturen, der Kühlleistung durch den Kühlkörper 18 und der Tatsache, dass
kein Heizdampf zur Beheizung des Garraums 2 verwendet wird, ist gewährleistet, dass
während des Garvorgangs an dem Messkopf 14 keine Kondensation stattfindet. Die Abluftströmung
wird beispielsweise durch ein Absauggebläse 21 erzeugt. Das Absauggebläse 21 ist hier
derart ausgelegt und dessen Betriebsweise auf den einzelnen Backofen derart abgestimmt,
dass die Strömungsbedingungen in dem Wrasenkanal 6 im Wesentlichen konstant sind.
Für das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zu dessen Durchführung ist
es unbedingt erforderlich, dass an dem Messkopf keine Kondensation stattfindet.
[0022] Neben der vorgenannten Möglichkeit wäre es auch möglich, den Messkopf 14 direkt in
dem Garraum 2 zu platzieren, sofern die obige Bedingung, nämlich die Vermeidung von
Kondensation auf dem Messkopf 14, für alle möglichen Betriebszustände des Backofens
während eines Garvorgangs gewährleistet ist.
[0023] Um eine ungewünschte Wärmeableitung von dem Wärmeleitkörper 12 in die Garraumwand
2.1 und damit in den Korpus des Backofens zu vermeiden, ist eine thermische Isolierung
22 vorgesehen. Aufgrund des gegenüber dem Messkopf 14 und dem Kühlkörper 18 zurückspringenden
Verbindungsteils 16 ist die Halterung der Isolierung 22 an dem Wärmeleitkörper 12
auf besonders einfache Weise möglich. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Isolierung
22 ein zu dem Verbindungsteil 16 korrespondierend ausgebildetes Durchgangsloch 22.1
aufweist und einseitig geschlitzt ist, so dass die Isolierung 22 mittels der Schlitzung
ohne zusätzliche Werkzeuge und ohne zusätzliche Befestigungsmittel auf den Wärmeleitkörper
12 aufgesteckt werden kann.
[0024] Ferner kann die aus Wärmeleitkörper 12 und Kühlkörper 18 gebildete Einheit mittels
des Kühlkörpers 18 über herkömmliche Befestigungselemente an dem Korpus des Backofens
gehalten sein. Somit ist die Wärmeleitung von dem Wärmeleitkörper 12 in die Garraumwand
2.1 und damit in den Korpus des Backofens weiter reduziert.
[0025] Zur Messung der Temperatur am Messkopf 14 ist ein erster Temperatursensor 24 an dem
Messkopf 14 und zur Messung der Temperatur der Garraumatmosphäre ist ein zweiter Temperatursensor
26 an dem Wrasenkanal 6 angeordnet. Der zweite Temperatursensor 26 ist hier an der
dem Messkopf 14 gegenüberliegenden Wand des Wrasenkanals 6 angeordnet. Wichtig ist
dabei, dass die beiden Tempratursensoren 24 und 26 und damit der Messkopf 14 und der
zweite Temperatursensor 26 möglichst nahe beieinander angeordnet sind, um Störeinflüsse,
beispielsweise durch eine zunehmende Abkühlung des Wrasens bei dem Durchströmen des
Wrasenkanals 6, auszuschliessen. Die elektrisch leitende Verbindung der beiden Temperatursensoren
24, 26 zu einer Steuerung des Backofens ist nicht näher dargestellt. Beispielsweise
wäre es möglich, die elektrischen Leitungen des ersten Temperatursensors 24 durch
die Isolierung 22 zu führen.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Fig. näher erläutert:
[0026] Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Wärmeleitung von dem Messkopf 14 über
das Verbindungsteil 16 hin zum Kühlkörper 18. Hierfür ist es erforderlich, dass die
Temperatur im Garraum 2 und damit im Wrasenkanal 6 größer als die Temperatur des Kühlkörpers
18 ist.
[0027] Die Wärme des Wrasens wird über den Messkopf 14 in den Wärmeleitkörper 12 eingetragen.
Da die Wärmezufuhr vom Wrasen in den Wärmeleitkörper 12 dabei von der Fläche des Messkopfes
14 abhängig ist, wird der Messkopf 14 deshalb vorteilhafterweise gegenüber dem Verbindungsteil
16 erweitert ausgebildet. Aufgrund der Isolierung 22 können nun folgende Gleichungen
für die Wärmeableitung durch den Wärmeleitkörper 12 aufgestellt werden:

wobei Q= Wärmestrom, α
Wrasen= Wärmeübergangskoeffizient, A= jeweilige Durchtrittsfläche für den Wärmestrom, L=
Länge und λ= Wärmeleitfähigkeit des Verbindungsteils 16 sowie T= jeweilige Temperatur,
mit T
1 der Temperatur des Verbindungsteils 16 an dem dem Messkopf 14 zugewandten Ende und
T
2 der Temperatur des Verbindungsteils 16 an dem dem Kühlkörper 18 zugewandten Ende
entspricht.
[0028] Da Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht die Ermittlung des absoluten Werts
für die während eines Garvorgangs aus dem Gargut entweichende Dampfmenge ist, sondern
lediglich der zeitliche Verlauf, also die Änderung der während eines Garvorgangs aus
dem Gargut in einem Zeitintervall entweichenden Dampfmenge, ist es für das erfindungsgemäße
Verfahren ausreichend, die Temperaturdifferenz (T
Wrasen - T
Messkopf) zwischen dem ersten und dem zweiten Temperatursensor 24 und 26 zu ermitteln. Aus
dieser Temperaturdifferenz (T
Wrasen - T
Messkopf) lässt sich dann in der Steuerung des Backofens gemäß Gleichung (2) auf α
Wrasen und damit auf den zeitlichen Verlauf der während des Garvorgangs von dem Gargut 4
abgegebenen Dampfmenge schließen, da α
Wrasen von der in dem Wrasen enthaltenen Dampfmenge abhängt.
[0029] Hierzu wird die Temperatur an dem Messkopf 14 des Wärmeleitkörpers 12 mittels des
ersten Temperatursensors 24 und die Temperatur der Garraumatmosphäre mittels des zweiten
Temperatursensors 26 fortlaufend oder in vorher festgelegten Zeitabständen während
des gesamten Garvorgangs gemessen. Aus den Messwerten wird, wie oben bereits ausgeführt,
in der Auswerteschaltung der Steuerung die Temperaturdifferenz (T
Wrasen - T
Messkopf) gebildet, aus der dann auf die von dem Gargut 4 abgegebene Dampfmenge geschlossen
werden kann. Aus den im Laufe des Garvorgangs ermittelten Messwerten, also den zeitlichen
Verläufen der gemessenen Temperaturen, und den daraus gebildeten Temperaturdifferenzen,
also dem zeitlichen Verlauf der Temperaturdifferenz, ergibt sich somit der zeitliche
Verlauf der während des Garvorgangs in dem Garraum 2 von dem Gargut 4 abgegebenen
Dampfmenge.
[0030] Da hier lediglich die Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der von dem Gargut 4 während
eines Garvorgangs abgegebenen Dampfmenge und nicht die absolute Dampfmenge interessiert,
wäre es grundsätzlich auch möglich, auf die oben erläuterte Isolierung 22 zu verzichten.
[0031] Wie bereits erläutert, dient die zusätzliche Messung der Temperatur an dem dem Messkopf
14 zugewandten Ende des Verbindungsteils 16 durch einen dritten Temperatursensor 28
und die Messung der Temperatur an dem dem Kühlkörper 18 zugewandten Ende des Verbindungsteils
16 durch einen vierten Temperatursensor 30 der Verbesserung der Genauigkeit des Verfahrens.
Ferner ist hierdurch die zusätzliche Möglichkeit eröffnet, den absoluten Wert der
durch das Gargut 4 abgegebenen Dampfmenge in der Steuerung automatisch zu ermitteln.
[0032] Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird in Abhängigkeit der mittels der durch
den ersten und zweiten Temperatursensor 24, 26 gemessenen Temperaturen der Garzustand
des Garguts 4 automatisch ermittelt. Insbesondere wird dadurch extrapoliert, wann
der Garvorgang abgeschlossen sein wird. Der so abgeschätzte Garendezeitpunkt wird
auf dem Fachmann bekannte Weise, beispielsweise auf einer nicht dargestellten Anzeige
des Backofens, angezeigt und fortlaufend oder in vorher festgelegten Zeitabständen
aktualisiert. Hierfür wird mittels der vorgenannten Temperaturmessungen überwacht,
ob die Dampfmenge nach einem Anstieg während einer Anfangsphase des Garvorgangs während
einer zeitlich nachfolgenden Endphase des Garvorgangs wieder absinkt.
[0033] Die Erfindung ist nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise
sind auch andere dem Fachmann bekannte und geeignete Materialien für die erfindungsgemäße
Vorrichtung verwendbar. Auch andere konstruktive Ausbildungen der Vorrichtung sind
möglich. Neben der Verwendung des auf die vorgenannte Weise ermittelten zeitlichen
Verlaufs der aus dem Gargut während eines Garvorgangs abgegebenen Dampfmenge zur automatischen
Bestimmung des Garzeitendes, sind auch andere bekannte Verwendungen möglich.
1. Verfahren zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der während eines Garvorgangs in
einem Garraum (2) eines Backofens von einem Gargut (4) abgegebenen Dampfmenge, wobei
in den Garraum (2) oder einen an den Garraum (2) strömungsleitend angeschlossenen
Wrasenkanal (6) ein Messkopf (14) eines Wärmeleitkörpers (12) zur Wärmeableitung an
einen außerhalb von Garraum (2) und Wrasenkanal (6) angeordneten Kühlkörper (18) hineinragt
und wobei der Messkopf (14) durch seine räumliche Anordnung und/oder die Betriebsweise
des Backofens vor dem Niederschlag von Kondensat auf der Messkopfoberfläche geschützt
wird und der zeitliche Verlauf der Temperatur an dem Messkopf (14) des Wärmeleitkörpers
(12) mittels eines ersten Temperatursensors (24) und der zeitliche Verlauf der Temperatur
der Garraumatmosphäre mittels eines zweiten Temperatursensors (26) gemessen wird und
in Abhängigkeit der von den beiden Temperatursensoren (24, 26) erzeugten Messsignale
in einer Auswerteschaltung einer Steuerung der zeitliche Verlauf der Dampfmenge ermittelt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich auch die Temperatur des Kühlkörpers (18) durch einen dritten Temperatursensor
(30) gemessen wird und in Abhängigkeit der von den drei Temperatursensoren (24, 26,
30) an die Steuerung weitergeleiteten Messsignale der zeitliche Verlauf der Dampfmenge
während des Garvorgangs ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperatur in dem Inneren des Wärmeleitkörpers (12), zwischen dem Messkopf (14)
und dem Kühlkörper (18), durch einen vierten Temperatursensor (28) gemessen wird und
in Abhängigkeit der von den vier Temperatursensoren (24, 26, 28, 30) an die Steuerung
weitergeleiteten Messsignale der zeitliche Verlauf der Dampfmenge während des Garvorgangs
ermittelt wird.
4. Verfahren zur Steuerung eines Garvorgangs das ein Verfahren nach einem der Ansprüche
1 bis 3 umfasst,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs der Dampfmenge in dem Garraum der Garzustand
eines in dem Garraum (2) garenden Garguts (4) automatisch ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem Anstieg der Dampfmenge während einer Anfangsphase eines Garvorgangs und
einem Abfall der Dampfmenge während einer auf die Anfangsphase zeitlich folgenden
Endphase des Garvorgangs das Ende des Garvorgangs automatisch ermittelt wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, mit
einem Wärmeleitkörper (12) zur Wärmeableitung von einem Garraum (2) oder einem Wrasenkanal
(6) eines Backofens an einen außerhalb von Garraum (2) und Wrasenkanal (6) angeordneten
Kühlkörper (18), wobei der Wärmeleitkörper (12) mit einem Messkopf (14) in den Garraum
(2) oder den Wrasenkanal (6) hineinragt und an dem Messkopf (14) ein erster Temperatursensor
(24) und in dem Garraum (2) oder dem Wrasenkanal (6) ein zweiter Temperatursensor
(26) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messkopf (14) über einen quer zur Hauptausdehnungsrichtung des Wärmeleitkörpers
(12) relativ zu dem Messkopf (14) zurückspringenden Verbindungsteil (16) mit dem Kühlkörper
(18) wärmeleitend verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmeleitkörper (12) als ein massiver Aluminiumkörper ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmeleitkörper (12) und der Kühlkörper (18) als ein einziger massiver Körper
ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmeleitkörper (12) mittels einer Isolierung (22) von dem Korpus (2.1) des Backofens
thermisch entkoppelt ist, wobei die Isolierung (22) in dem Bereich zwischen dem Messkopf
(14) und dem Kühlkörper (18) an dem Verbindungsteil (16) angeordnet ist.