VERFAHREN ZUM STEUERN EINES GARVERFAHRENS IN EINEM GARGERÄT SOWIE GARGERÄT

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Garverfahrens in einem Gargerät (10), bei dem ab einem Zeitpunkt, zu dem die Oberfläche eines zu garenden Produkts eine Temperatur in der Größenordnung der Siedetemperatur von Wasser überschreitet, ein spezifischer Bräunungs-Wärmeeintrag in das zu garende Produkt zu einem aktueller Bräunungswert aufsummiert und der Garprozess beendet wird, wenn ein vorbestimmter Bräunungswert erreicht ist. Die Erfindung betrifft auch ein Gargerät (10) mit einem Garraum (12), einer Heizvorrichtung (18) und einer Steuerung (22), wobei die Steuerung (22) einen Bräunungszähler (37) enthält, der einen spezifischen Bräunungs-Wärmeeintrag zu einem Bräunungswert aufsummieren kann, wobei die Steuerung (22) den Garprozess in Abhängigkeit vom Bräunungswert steuern kann.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Garverfahrens in einem Gargerät sowie ein Gargerät.

[0002] Bei vielen Garprozessen muss die Garzeit (oder die Gartemperatur) an die Beladung des Gerätes angepasst werden. Zu diesem Zweck ist im Stand der Technik bereits angedacht, durch Gewichtssensoren, optische Bilderkennung, etc. die Beladung des Garraums zu erfassen und in Abhängigkeit von der Beladung verschiedene Parameter zu verändern. Auf diese Weise soll bei einem jeweils ausgewählten Garprozess gewährleistet werden, dass unabhängig von der Beladung das zu garende Produkt am Ende des Garprozesses jeweils dieselbe Konsistenz hat. Ein Beispiel für ein solches Verfahren findet sich in der EP 2 098 788 A2.

[0003] Aber nicht nur an die Beladung des Gargeräts muss die Gartemperatur angepasst werden. Auch bei Mischbeschickung ergibt sich u.U. die Notwendigkeit, die Temperatur anzupassen.

[0004] Es ist auch bekannt, dass durch die Auswertung der Temperatur der Garraumatmosphäre, nachdem die Tür des Gargeräts geschlossen wurde, Informationen über die Beladung des Garraums erhalten werden können. Beispielsweise fällt die Temperatur der Garraumatmosphäre, nachdem der Garraum vollständig mit einem tiefgekühlten Produkt beladen wurde, sehr viel stärker ab, als dies der Fall ist, wenn lediglich sehr wenige Produkte in den Garraum eingebracht wurden. Auch lässt sich in einem solchen Zustand mit geringer neuer Beladung die Garraumatmosphäre sehr viel schneller wieder auf die Solltemperatur aufheizen, als dies bei maximaler Beladung der Fall ist.

[0005] In Abhängigkeit vom erfassten Temperaturverlauf kann dann die Garzeit oder auch die Gartemperatur entsprechend angepasst werden, um entweder die gewünschte Bräunung zu erreichen oder dem Bediener anzuzeigen, dass aufgrund der geänderten Parameter der gewünschte Bräunungsgrad nicht mehr erreicht werden kann, sondern nur ein geringerer Bräunungsgrad. Auch eine Abweichung von der idealen Temperatur durch einen Eingriff des Bedieners in Garprozessparameter oder durch eine Neuberechnung und Änderung der Garprozessparameter bei einer Mischbeschickung haben Auswirkungen auf die Bräunung.

[0006] In jedem Fall muss die jeweils vorzunehmende Änderung vorab durch Versuche bestimmt werden. Die Änderung der Garparameter ist sowohl produktals auch prozessabhängig. Hinzu kommt eine Abhängigkeit vom jeweiligen Gerätetyp. Es wären daher aufwendige Versuchsreihen nötig, um für alle Kombinationen von zu garenden Produkten, Garprozessen und unterschiedlichen Gerätetypen die jeweils geeigneten Änderungen der Prozessparameter zu bestimmen. Hinzu kommt, dass die Beladungserkennung auf der Basis des Temperaturverlaufs nur dann zuverlässig möglich ist, wenn eine Änderung der Beladung immer in derselben Weise erfolgt. Wenn allerdings unterschiedlich vorgeheizt wird, die Tür zum Beladen nur sehr kurz oder aber besonders lang geöffnet bleibt oder auch die Tür während eines Garprozesses geöffnet wird, um die Beladung dabei zu ändern, lässt sich der Beladungszustand nicht mehr zuverlässig erkennen, sodass der Garprozess nicht immer zum perfekten Ergebnis führt. Über die Garraumtemperatur hinaus hat auch eine (produktbedingte, beladungsbedingte und/oder kundenbedingte) Änderung der Feuchte einen Einfluss auf die Bräunung.

[0007] Aus der DE 10 2010 055 983 A1 sind ein Verfahren und ein Gargerät bekannt, bei dem ein spezifischer Wärmeeintrag in ein zu garendes Produkt bestimmt wird, dieser spezifische Wärmeeintrag über der Garzeit integriert wird und der Garprozess beendet wird, wenn dieses Wärmeflussintegral einen vorbestimmten Wert erreicht. Es wird also als maßgeblicher Parameter für die Steuerung des Garprozesses der spezifische Wärmeeintrag in das zu garende Produkt bestimmt, also der Wärmefluss pro Gargutoberfläche. Der spezifische Wärmeeintrag ist einer der maßgeblichen Parameter, mit dem alle Abweichungen des tatsächlichen Garprozesses vom vorher festgelegten theoretischen Garprozess quasi automatisch erfasst werden. Wenn beispielsweise die Tür des Gargeräts zum Beladen übermäßig lange geöffnet ist und dadurch die Temperatur der Garraumatmosphäre absinkt, führt dies zu einer Verringerung des spezifischen Wärmeeintrags in das zu garende Produkt. Dasselbe gilt für ein starkes Absinken der Temperatur im Garraum, nachdem dieser beispielsweise maximal mit tiefgekühlten Produkten beladen wurde: der spezifische Wärmeeintrag in das Produkt wird verringert. Auch Kondensationsvorgänge auf dem zu garenden Produkt, unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten der Garraumatmosphäre im Garraum oder unterschiedliche Feuchtigkeit im Garraum beeinflussen den spezifischen Wärmeeintrag in das Produkt.

[0008] Die Steuerung eines Garprozesses allein auf der Basis des spezifischen Wärmeeintrags in das zu garende Produkt hat allerdings einen Nachteil: das Wärmeflussintegral, also der Gesamt-Wärmeeintrag in das zu garende Produkt, erlaubt keine Aussage über das Garen der Oberfläche des Produkts, insbesondere über den Bräunungsgrad. Wird beispielsweise das Produkt mit einer relativ geringen Temperatur über einen langen Zeitraum gegart, ist zwar der Gesamt-Wärmeeintrag in das Produkt so hoch wie angestrebt; die Oberfläche beispielsweise einer Semmel ist dennoch nicht gebräunt, wie es eigentlich gewünscht ist.

[0009] Der beschriebene Energiezähler beruht auf der Annahme, dass die Bräunung sehr rasch eintritt, sobald die Temperatur der Oberfläche über 100°C steigt. Dazu ist es notwendig, das Wasser in einer oberflächennahen Schicht zu verdampfen, wozu ein bestimmter Energiebetrag pro Oberfläche notwendig ist. Der Energiezähler zählt die pro Oberfläche übertragene Energie, und die gewünschte Bräunung ist in diesem Modell erreicht, sobald der Energiezähler einen vorgegebenen, experimentell bestimmten Wert erreicht hat. Der Rate der Energieübertragung und damit die Anstiegsgeschwindigkeit des Energiezählers hängen linear von der Differenz zwischen Garraumtemperatur und Oberfläche ab. Die Oberflächentemperatur ist in diesem Fall unterhalb aber nahe bei der Siedetemperatur, wobei die Differenz zur Siedetemperatur von der Feuchte abhängt.

[0010] Es hat sich herausgestellt, dass mit diesem Modell eines Energiezählers gute Ergebnisse für viele Produkte erzielt werden, z.B. für Fleisch. Für einige Produkte, z.B. Brötchen, zeigt sich aber besonders bei starker Variation der Garraumtemperatur eine sehr viel stärkere Variation der Bräunung bzw. Variation der nötigen Garzeit für eine bestimmte Bräunung.

[0011] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Garen von Lebensmitteln zu schaffen, bei dem zuverlässig eine gewünschte Bräunung erreicht oder eine gewünschte Bräunung bei vorgegebenen Garraumklima- und Zeitvorgaben vorhergesagt werden kann, insbesondere für Produkte wie Semmeln.

[0012] Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Steuern eines Garverfahrens in einem Gargerät vorgesehen, bei dem ab einem Zeitpunkt, zu dem die Oberfläche eines zu garenden Produkts eine Temperatur in der Größenordnung der Siedetemperatur von Wasser überschreitet, ein spezifischer Bräunungs-Wärmeeintrag in das zu garende Produkt zu einem aktueller Bräunungswert aufsummiert und der Garprozess beendet wird, wenn ein vorbestimmter Bräunungswert erreicht ist. Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist ferner ein Gargerät mit einem Garraum, einer Heizvorrichtung und einer Steuerung vorgesehen, wobei die Steuerung einen Bräunungszähler enthält, der einen spezifischen Bräunungs-Wärmeeintrag zu einem Bräunungswert aufsummieren kann, wobei die Steuerung den Garprozess in Abhängigkeit vom Bräunungswert steuern kann. Der Begriff "Größenordnung der Siedetemperatur von Wasser" steht hier für eine Temperatur im Bereich von 80°C bis 120°C, insbesondere für eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 120°C.

[0013] Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die Garprozesse in zwei Abschnitte zu unterteilen, nämlich einen ersten Abschnitt, in dem das zu garende Produkt so weit erwärmt wird, dass seine Oberfläche eine Temperatur im Bereich der Siedetemperatur von Wasser hat, und einen zweiten Abschnitt, in dem die Temperatur der Oberfläche oberhalb der Siedetemperatur liegt. Für die Bräunung ist im Wesentlichen der Energieeintrag oberhalb der Siedetemperatur relevant, da nur ab einer bestimmten Oberflächentemperatur die sogenannten Maillard-Reaktion abläuft, die zu einer Bräunung der Oberfläche des zu garenden Produkts führt. Daher wird, wenn die Bräunung ein wesentlicher Parameter für ein bestimmtes Produkt ist, der Energieeintrag unterhalb der Oberflächentemperatur, bei der es nicht zu einer Maillard-Reaktion kommt, vollständig oder wenigstens in einem erheblichen Maße "ausgeblendet". Dessen ungeachtet kann diese Phase des Garprozesses, bei der die Oberflächentemperatur unterhalb der Siedetemperatur von Wasser liegt, im Garprozess berücksichtigt werden, da diese Phase bräunungsvorbereitend ist.

[0014] Erfindungsgemäß wird wie oben bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Energiezähler angenommen, dass ein bestimmter Energieeintrag nötig ist, um die Oberfläche auf eine Temperatur oberhalb der Siedetemperatur zu bringen. Dies wird wie oben durch den Energiezähler beschrieben. Danach wird angenommen, dass sich die Oberfläche auf Garraumtemperatur befindet und die Bräunung nur langsam eintritt, wobei die Geschwindigkeit der Bräunung dann von der Garraumtemperatur abhängt. Der Bräunungsfortschritt soll dann vom Bräunungszähler gezählt werden, der erst mit dem Zählen beginnt, wenn der vorgeschaltete Energiezähler den vorgegebenen Wert erreicht hat. Da es sich bei der Bräunung um eine chemische Reaktion handelt, wird für die Zählgeschwindigkeit des Bräunungszählers eine typisch Temperaturabhängigkeit von chemischen Reaktionen, das Arrhenius-Gesetz angenommen. Auf diese Weise kann das Bräunungsverhalten sehr präzise angenähert werden.

[0015] Der Begriff "Garprozess" steht dabei im Rahmen der Erfindung für eine Phase bei der Zubereitung eines Lebensmittels, die vom Einbringen in das Gargerät bis zum Entnehmen aus dem Gargerät gehen kann oder alternativ an die sich ein anderer Garprozess anschließt und/oder der ein anderer Garprozess vorhergeht. Beispielsweise kann eine Zubereitungsphase eines Bratens in einem Gargerät einen Bräunungs-Garprozess enthalten, der abgeschlossen ist, wenn eine gewünschte Bräunung erhalten ist (also der Braten angebraten ist), und an den sich dann ein Garen bis zum Erreichen einer vorbestimmten Kerntemperatur anschließt.

[0016] Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zeitpunkt, zu dem die Oberfläche des Produkts eine Temperatur in der Größenordnung der Siedetemperatur von Wasser überschreitet, dadurch bestimmt wird, dass die Oberflächentemperatur gemessen wird. Dies kann durch Temperatursensoren erfolgen, die unmittelbar die Oberflächentemperatur aufnehmen, beispielsweise Infrarotsensoren. Diese müssen nicht alle zu garenden Produkte im Garraum erfassen, sondern eines oder wenige Produkte an repräsentativen Stellen im Garraum.

[0017] Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Zeitpunkt, zu dem die Oberfläche des Produkts eine Temperatur in der Größenordnung der Siedetemperatur von Wasser überschreitet, dadurch abgeschätzt wird, dass ein spezifischer Wärmeeintrag in das Produkt bestimmt wird, dieser spezifische Wärmeeintrag über die Garzeit integriert und der Zeitpunkt dann als erreicht angenommen wird, wenn dieses Wärmeflussintegral einen vorbestimmten Siedewert erreicht hat. Bei dieser Ausführungsform wird die Oberflächentemperatur abgeschätzt anhand der Energiemenge, die während des Garvorgangs in das zu garende Produkt eingebracht wurde.

[0018] Beim Abschätzen der Oberflächentemperatur kann der spezifische Wärmeeintrag bestimmt werden aus dem Produkt aus einem angenommenen Wärmeübergangskoeffizienten für den aktuellen Garprozess und einer treibenden Temperaturdifferenz. Mit diesen beiden Parametern sind die wesentlichsten Einflussfaktoren für den Energieeintrag in ein zu garendes Produkt berücksichtigt. Die treibende Temperaturdifferenz kann insbesondere die Differenz zwischen einer Garmediumstemperatur und einer Oberflächentemperatur des zu garenden Produkts sein.

[0019] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Bestimmung des spezifischen Bräunungs-Wärmeeintrags ΔBz in das zu garende Produkt die folgende Beziehung verwendet wird:

mit: E = Produktabhängiger Wert der Aktivierungsenergie

T = Oberflächentemperatur des Produkts.

[0020] Es hat sich herausgestellt, dass mit dieser Formel die sich ergebende Bräunung des zu garenden Produkts gut abgeschätzt werden kann.

[0021] Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Bräunungswert durch Aufintegrieren des Bräunungszählerwertes erhalten wird. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass der Bräunungszählerwert sehr präzise bestimmt wird. Allerdings ist ein etwas höherer Rechenaufwand nötig.

[0022] Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Bräunungswert durch Aufsummieren des Bräunungszählerwertes erhalten wird, der in vorbestimmten Zeitabständen neu berechnet wird. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass ein geringerer Rechenaufwand nötig ist. Allerdings ist das Ergebnis nicht so genau wie beim Aufintegrieren.

[0023] Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Bräunungswert, bei dem der Garprozess beendet wird, vorab experimentell für verschiedene zu garende Produkte ermittelt wurde (und gegebenenfalls abhängig von Zielwerteingaben des Benutzers modifiziert wird). Ein Benutzer kann somit sofort auf erprobte Garprozesse zurückgreifen. Zusätzlich kann eine SelbstlernFunktion vorgesehen sein, mit der ein Benutzer die vorab ermittelten Werte nach seinen Wünschen modifizieren kann.

[0024] Der Bräunungszähler kann bei einer Mischbeschickung des Gargeräts auch als Bilanzierungsgrundlage für die Auswahl passender Bons verwendet werden.

[0025] Weiterhin können der Bräunungszähler und die vorgenommene Berechnung als Grundlage für die Vorhersage einer Zielwertabweichung bei einer gewollten oder ungewollten Klimaabweichung verwendet werden. Hierzu kann beispielsweise eine Bräunungsdatenbank vorhanden sein, entweder im Gargerät selbst oder verfügbar mittels eines Datenzugriffs beispielsweise über das Internet.

[0026] Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass die Daten der Bräunungsdatenbank in Abhängigkeit vom Ergebnis des Abgleichs modifiziert werden. Auf dieses Weise lässt sich eine Lernfunktion implementieren.

[0027] Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Sensor vorhanden, der bräunungsrelevante Daten erfassen kann. Mit den Daten dieses Sensors können die Daten des Bräunungszählers abgeglichen werden, um bei Bedarf den Garprozess modifizieren zu können.

[0028] Beim Sensor kann es sich um eine Kamera handeln, mit der die Bräunung direkt aus der Farbe der Oberfläche des Produkts ermittelt werden kann.

[0029] Beim Sensor kann es sich auch um einen Gassensor handeln, mit dem auf der Basis von Gasen, beispielsweise Kohlendioxid, die beim Garen entstehen, auf den Fortschritt des Garprozesses geschlossen werden kann.

[0030] Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:

• Figur 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Gargerät; und
• Figur 2 den Verlauf von experimenteller und theoretischer Bräunung eines bestimmten zu garenden Produkts.

[0031] In Figur 1 ist schematisch ein Gargerät 10 gezeigt, das für den Profi-Einsatz in der Großgastronomie, in Restaurants, Kantinen, etc. vorgesehen ist. Es enthält einen Garraum 12, der von außen durch Öffnen einer Tür 14 zugänglich ist. Im Garraum kann hier schematisch angedeutet das Garraumzubehör 16 angeordnet sein, beispielsweise Backbleche, Grillplatten, Backformen oder Roste, auf denen sich zu garende Produkte befinden.

[0032] Zur Erzeugung einer gewünschten Garraumatmosphäre sind eine Heizvorrichtung 18 und ein Lüfterrad 20 vorgesehen, mit denen die im Garraum 12 vorhandene Atmosphäre (auch als Garmedium bezeichnet) erwärmt und umgewälzt werden kann. In die Heizvorrichtung 18 kann dabei auch ein Dampfmodul integriert sein, um die Feuchte des Garmediums auf einen vorgegebenen Wert zu bringen.

[0033] Weitere Bauteile wie eine Entlüftung des Garraums 12 zur Außenatmosphäre, ein Ablöschkasten, etc. sind zur besseren Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt.

[0034] Das Gargerät 10 enthält auch eine Steuerung 22, die unter anderem Signale von einem Temperatursensor 24 empfängt, der hier unmittelbar stromabwärts der Heizvorrichtung 18 angeordnet ist, sowie einem Feuchtesensor 26, der hier im Inneren des Garraums 12 angeordnet ist. Von der Steuerung 22 werden unter anderem die Heizvorrichtung 18 und ein Antriebsmotor 28 des Lüfterrades 20 angesteuert.

[0035] Weiterhin ist eine Bedieneinheit 30 vorgesehen, die ein Eingabefenster 32 und ein Ausgabefenster 34 enthält. Mit dem Eingabefenster kann insbesondere ein bestimmter Garprozess vorgewählt werden, beispielsweise das zu garende Produkt und die gewünschte Bräunungsstufe, und mit dem Ausgabefenster kann dem Anwender beispielsweise die Restlaufzeit des aktuellen Garprozesses angezeigt werden oder der Hinweis gegeben werden, in welcher der verschiedenen Einschubebenen im Garraum sich die Produkte befinden, deren Garprozess aktuell abgeschlossen ist. Das Eingabefenster und das Ausgabefenster können auch zu einer Multifunktionseinheit zusammengefasst sein. Zusätzlich kann die Bedieneinheit 30 so ausgestaltet sein, dass sie akustische Signale abgibt, beispielsweise einen Hinweiston als Eingabebestätigung oder einen Signalton bei Erreichen des Endes eines Garprozesses.

[0036] Die Steuerung 22 enthält unter anderem einen Integrierer 36, mit dem der spezifische Wärmeeintrag in ein im Garraum 12 zu garendes Produkt über der Zeit bestimmt werden kann, einen Bräunungszähler 37, mit dem ein spezifischer Bräunungs-Wärmeeintrag in ein im Garraum 12 garendes Produkt über der Zeit bestimmt werden kann, sowie eine Auswerteschaltung 38, die in Abhängigkeit von den aufintegrierten Werten, die der Integrierer 36 liefert, verschiedene Parameter des Garprozesses steuern kann.

[0037] Der Integrierer 36 integriert während eines Garprozesses den spezifischen Wärmeeintrag in das zu garende Produkt über der Garzeit. "Spezifischer Wärmeeintrag" ist dabei die je Flächeneinheit der Oberfläche des zu garenden Produkts aufgenommene Energiemenge pro Zeiteinheit.

[0038] Hierbei berücksichtigt der Integrierer einen Wärmeübergangskoeffizienten α, der für verschiedene, vordefinierte Garprozesse (also für jedes Produkt und die unterschiedlichen Garzustände der Produkte) hinterlegt ist. Der angenommene Wärmeübergangskoeffizient α wird zusätzlich in Abhängigkeit von anderen Parametern modifiziert, insbesondere abhängig von der Drehzahl des Lüfterrades 20 und vom Gerätetyp. Hinsichtlich der Abhängigkeit des Wärmeübergangskoeffizienten α von der Drehzahl des Lüfterrades 20 kann davon ausgegangen werden, dass die Luftgeschwindigkeit proportional zur Lüfterdrehzahl ist. Ausgehend hiervon kann mit Näherungsformeln der jeweils anzusetzende Wärmeübergangskoeffizient abgeschätzt werden.

[0039] Weiterhin berücksichtigt der Integrierer eine treibende Temperaturdifferenz, die allgemein angenommen werden kann als die Differenz zwischen einer Temperatur T_M des Garmediums und einer Temperatur T_O an der Oberfläche des zu garenden Produkts. Die Temperatur des Garmediums kann relativ zuverlässig erfasst werden. In erster Näherung kann hierfür der vom Temperatursensor 24 erfasste Wert angesetzt werden. Präzisere Werte ergeben sich, wenn zusätzlich die Abkühlung des Garmediums im Garraum 12 berücksichtigt wird, die auf der Basis der Leistung bestimmt werden kann, die von der Heizvorrichtung 18 bereitgestellt werden muss, um die Temperatur im Garraum konstant zu halten. Besonders bevorzugt wird, wenn als Temperatur der Garatmosphäre der Mittelwert zwischen der Temperatur "vor" dem Garraum und "hinter" dem Garraum angesetzt wird, so dass ein Mittelwert für die Garmediumstemperatur erhalten wird.

[0040] Ergänzend kann das Signal des Feuchtesensors 26 berücksichtigt werden, da die Feuchte der Garraumatmosphäre Auswirkungen auf die Oberflächentemperatur T_O des zu garenden Produkts hat.

[0041] In der Auswerteschaltung 38 ist für jeden Garprozess, den das Gargerät 10 fahren kann, ein Wert für den aufintegrierten spezifischen Wärmeeintrag über der Garzeit (nachfolgend bezeichnet als "Wärmeflussintegral") hinterlegt, der mit dem Erreichen der Siedetemperatur an der Oberfläche des zu garenden Produktes gleichgesetzt wird. Dieser Wert kann für jedes zu garende Produkt mit unterschiedlichen Beladungen des Garraums 12, für die unterschiedlichen Eigenschaften des fertigen Produkts (beispielsweise Bräunung an der Oberfläche oder Kerntemperatur) und für die unterschiedlichen Gerätetypen experimentell ermittelt werden. In der Praxis dürfte es ausreichend sein, diese Versuche nur für bestimmte Beladungen und Produkte durchzuführen und dann durch Interpolation oder Extrapolation den Wert des Wärmeflussintegrals für die Garprozesse festzulegen, die nicht experimentell abgefahren wurden.

[0042] Die Oberflächentemperatur T_O des zu garenden Produkts und damit das Erreichen der Siedetemperatur kann theoretisch durch einen geeigneten Sensor, beispielsweise einen Infrarotsensor, unmittelbar erfasst werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sich auch durch Auswertung der in einem Gargerät meist ohnehin verfügbaren Messwerte die Oberflächentemperatur des zu garenden Produkts sehr präzise abschätzen lässt. Sobald die Oberflächentemperatur T_O des zu garenden Produkts in der Größenordnung der Siedetemperatur liegt, wird vom Integrierer 36 auf den Bräunungszähler 37 "umgeschaltet". Anders ausgedrückt bestimmt ab diesem Zeitpunkt der Bräunungszähler, wie der Garprozess weitergeführt wird, insbesondere wann er beendet wird.

[0043] In einer vereinfachten Ausführungsform wird der Bräunungszähler lediglich zum Bilanzieren bzw. als Berechnungsgrundlage für die Anzeige von Auswirkungen (Abweichung vom Idealklima) verwendet.

[0044] Allgemein ausgedrückt unterscheiden sich die Art und Weise, wie einerseits der Integrierer 36 in Phasen, in denen die Temperatur der Oberfläche des zu garenden Produkts unterhalb der Siedetemperatur liegt, und andererseits der Bräunungszähler 37 in Phasen, in denen die Temperatur der Oberfläche des zu garenden Produkts oberhalb der Siedetemperatur liegt, den Energieeintrag in das zu garende Produkt bestimmt. Der Integrierer 36 bestimmt den Wärmeeintrag, indem ein spezifischer Wärmeeintrag ΔE_Z aufsummiert wird, der proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur T_G der Garraumatmosphäre und der Temperatur T_O an der Oberfläche des zu garenden Produkts ist. Der Bräunungszähler 37 bestimmt einen spezifischen Bräunungs-Wärmeeintrag ΔB_Z, der proportional zu

ist.

[0045] Anhand eines beispielhaften zu garenden Produktes, hier Kaiserbrötchen, wird nachfolgend ein konkretes Beispiel dafür gegeben, wie der Bräunungs-Wärmeeintrag berechnet werden kann.

[0046] Ausgangspunkt ist die sogenannte Arrhenius-Formel, welche die Maillard-Reaktion abbildet:

[0047] Hierin sind:

k:

dimensionslose, produktgruppenabhängige Geschwindigkeitskonstante, die im Idealfall klimaunabhängig konstant ist

A:

in dimensionsloser, präexponentieller Faktor

E:

die Aktivierungsenergie in J * mol^-1

R:

die Gaskonstante mit 8,314 J/(mol* K)

T:

die Garraumtemperatur in K

[0048] Umgeformt ergibt sich hieraus:

[0049] Hierbei sind:

A_S:

dimensionsloser, produktabhängiger Skalierungsfaktor; hier 3,49

B₀:

dimensionsloser, produktabhängiger theoretischer Bräunungswert am Anfang; hier 4,77

B_Z∞:

dimensionsloser, produktabhängiger unendlicher Bräunungszählerwert; hier 3,49

B_th:

dimensionsloser Bräunungswert

ΔB_Z:

dimensionsloser Bräunungszählerwert

[0050] Beim dimensionslosen Bräunungszählerwert B_th handelt es sich um eine Umrechnung auf eine Bräunungsskala, die mit Farbtafeln arbeitet, nämlich die BRAUN-Skala zur Prüfung von Gebäck mit 14 Braunstufen mit Farbnummern nach IEC 60350.

[0051] Anhand dieser Formeln kann der Verlauf der Bräunung des zu garenden Produkts theoretisch ermittelt werden. Im vorliegenden Fall wird der Wert des Bräunungszählers durch Aufsummieren von Einzelwerten erhalten, die in gleichmäßigen Zeitabständen berechnet werden, beispielsweise jede Sekunde.

[0052] Die hier vorgenommene Berechnung ist eine Näherung, da in der Arrhenius-Formel mit der Temperatur des Ortes gearbeitet wird, an dem Reaktion stattfindet, während in der obigen Berechnungsformel mit der Temperatur des Garmediums gearbeitet wird, also der Garraumtemperatur.

[0053] In Figur 2 zeigt die Kurve die mittels der obigen Formeln theoretisch ermittelte Bräunung für Kaiserbrötchen bei einer Garraumtemperatur von 250 °C. Auf der Ordinatenachse sind Bräunungswerte analog dem Bräunungsfächer aufgetragen, und auf der Abszissenachse ist die Zeit in Sekunden aufgetragen. Die quadratischen Kästchen zeigen die Bräunungswerte, die experimentell ermittelt wurden.

[0054] Es kann vorab empirisch ermittelt werden, welcher Bräunungszählerwert zu einer bestimmten gewünschten Bräunung bei verschiedenen Garprozessparametern führt. Diese Werte können in der Steuerung 22 hinterlegt werden, sodass die Auswerteschaltung 38, wenn der Bräunungszähler 37 den gewünschten Wert erreicht hat, den Garprozess beendet.

[0055] Abhängig vom Garprozess, insbesondere vom Temperaturverlauf in Phasen, in denen die Oberfläche des zu garenden Produkts noch nicht die Siedetemperatur erreicht hat, kann es sinnvoll sein, eine Rückkopplung aus der Phase des Wärmeeintrags, während der die Oberflächentemperatur des zu garenden Produkts unterhalb der Siedetemperatur von Wasser liegt, auf den Wert des Bräunungszählers zu implementieren, zu dem der Garprozess als beendet angesehen wird. Dies liegt daran, dass es Klimazustände im Garraum gibt, die bräunungsvorbereitend oder auch bräunungshemmend wirken, ohne dass es zu einer direkten Bräunung des Produkts kommt. Bräunungshemmende oder bräunungsvorbereitende Garprozessphasen werden von der Steuerung dahingehend berücksichtigt, dass der Wert des Bräunungszählers, bei dem der Garprozess beendet wird, entsprechend nach oben oder unten verschoben wird.

[0056] Auch muss berücksichtigt werden, dass manche Produkte in ihrem unbehandelten Ausgangszustand bereits eine bestimmte Bräunung haben, d.h. die durch den Bräunungszähler bilanzierte Bräunung kann nur die durch das Garen verursachte Bräunung abdecken. Bräunung, die das Produkt vorher schon gehabt hat, beeinflusst auch den Braunwert am Ende. Dies geht in B₀ ein.

[0057] Ergänzend zu den empirisch hinterlegten Werten kann eine Selbstlernfunktion vorgesehen sein, anhand derer ein Bediener die hinterlegten Werte modifizieren und dadurch präziser an seine jeweiligen Anforderungen oder das Garverhalten des jeweiligen Gargeräts anpassen kann. Beispielsweise kann das Gargerät, wenn ein Bediener regelmäßig den Garprozess über das berechnete Ende hinaus verlängert und dadurch eine stärkere Bräunung erzielt, den Bräunungszählerwert vergrößern, sodass das Gargerät automatisch für eine stärkere Bräunung sorgt.

[0058] Ein weiterer Ansatz, um die die Oberflächentemperatur zu ermitteln, besteht darin, ein mathematisches Modell zu verwenden. Hierdurch können die tatsächlichen Verhältnisse genauer simuliert werden, als dies mit den üblichen Methoden möglich ist, bei denen beispielsweise für die Oberflächentemperatur im Arrhenius-Gesetz die Garraumtemperatur eingesetzt wird. Bei diesem Ansatz wird ignoriert, dass die Oberflächentemperatur aufgrund des Wärmeabflusses ins Innere des Garguts etwas darunter liegen muss.

[0059] Zwar wird das Verhalten im Modell nur durch E/T, bestimmt, wobei E eine experimentell bestimmte Aktivierungsenergie darstellt. Daher wird nur der experimentell bestimmte Wert E falsch, das Verhalten des Models bleibt aber unbeeinflusst. Allerdings ist der Abstand zwischen Oberflächentemperatur und Garraumtemperatur zeitabhängig; die Oberflächentemperatur nähert sich allmählich der Garraumtemperatur an. Wenn die Garzeiten stark variieren, müsste die Aktivierungsenergie abhängig von der Garzeit sein. Das Modell kann das gegenwärtig nicht wiedergeben, die Aktivierungsenergie wird über die bei der Anpassung verwendeten Garzeiten gemittelt.

[0060] Dieser Nachteil kann beseitigt werden, wenn eine mathematische Funktion verwendet wird, die beschreibt, wie sich die Oberflächentemperatur an die Garraumtemperatur annähert. Deren qualitatives Verhalten wird aus einem physikalischen Model abgeleitet (z.B. Abstand proportional 1/Wurzel(Garzeit) für große Zeit). Diese Funktion beschreibt grob die Zeitabhängigkeit der Oberflächentemperatur. Wichtig ist dabei hauptsächlich das langfristige Verhalten; am Anfang ist die Temperaturdifferenz groß, so dass die Reaktionsgeschwindigkeit klein und der genaue Verlauf nicht so wichtig ist.

[0061] Wenn eine solche mathematische Funktion verwendet wird, können diese Effekte beschrieben werden, ohne weitere Fitparameter einführen zu müssen. Weitere Fitparameter erfordern zusätzliche Daten zur Anpassung oder verringern die Vorhersagekraft des Models.

[0062] Fitparameter sind dabei freie Parameter des Models, die durch Minimierung der Abweichung an experimentelle Daten angepasst werden. Die Fitparameter spiegeln in diesem Modell bestimmte Eigenschaften der zu garenden Lebensmittel wider und stellen physikalisch interpretierbare Parameter dar. Beispielsweise kann der Fitparameter E als Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion interpretiert werden.

[0063] Da die Fitparameter für unterschiedliche Produktgruppen verschieden sind, können sie in Abhängigkeit von Kundeneingaben, Sensordaten oder einem Abgleich mit einer Produkt-Datenbank optimiert werden. Je mehr Informationen über das Produkt und seine Eigenschaften vorhanden sind, desto besser kann der für das Produkt optimale Parametersatz ermittelt und der Bräunungsverlauf genauer bestimmt und vorhergesagt werden.

[0064] Grundsätzlich können die Ergebnisse solcher Temperaturmodelle auch durch den direkt gemessenen, genauen Wert der Oberflächentemperatur ersetzt werden, wenn die Oberflächentemperatur mit einem geeigneten Sensor gemessen wird.

[0065] Bei der Steuerung des Garverfahrens können auch die allgemeinen Einflüsse von Klimaparametern auf die Oberflächentemperatur und damit auf die Bräunungsreaktion übernommen werden. Allgemein wird der Abstand zwischen Oberflächentemperatur und Garraumtemperatur durch die Bilanz zwischen Wärmeabfluss nach Innen und Wärmezufuhr aus dem Garraummedium und Kühlung durch Verdunstung bestimmt. Somit sind die Oberflächentemperatur und der Verlauf ihres Anstiegs von Klimaparametern abhängig, die den Energieeintrag auf die Oberfläche und die Verdunstungskühlung beeinflussen. Diese Klimaparameter sind insbesondere die Lüfterdrehzahl und die Feuchte im Garraum. Die Art des Einflusses kann teilweise aus dem Energiezähler übernommen werden, der den Energieeintrag über der Zeit aufintegriert.

[0066] Die Bräunung auf der Unterseite eines Produkts, also auf der Seite, mit der es auf einem Gargutträger aufliegt, kann empirisch vorab ermittelt worden sein, so dass sie bei einer Standardbelegung gut abgeschätzt werden kann. Bei abweichenden Belegungen können Eingaben des Bedieners oder Daten von Sensoren, beispielsweise von einem Gassensor oder eine Kamera, mit einbezogen werden.

[0067] Es ist auch möglich, die Unterseite wie ein eigenständiges Produkt mit eigenen Fitparametern zu behandeln. Wegen der Wärmeleitung im Blech liegt die Oberflächentemperatur näher an der Garraumtemperatur. Daher hängt das Bräunungsergebnis auch von der Art des Bleches und der Dichte der Belegung ab. Die unterschiedliche Oberflächentemperatur geht nur in den Parameter E direkt ein. Es ist daher bei Produkten, die oben und unten gleichartige Oberflächen besitzen, denkbar, nur den Parameter E für die Unterseite getrennt zu behandeln, die anderen Parameter aber für Ober- und Unterseite gleich zu setzen.

[0068] Für den Bräunungszähler ist es grundsätzlich nicht wichtig, von welcher Wärmequelle die den zu garenden Produkten zugeführte Energie stammt und in welcher Betriebsart das Gargerät betrieben wird (ausgenommen Mikrowellenenergie).

[0069] In der Steuerung des Gargeräts kann eine Datenbank hinterlegt sein, in der produktrelevante Bräunungsdaten hinterlegt werden. Diese Daten können durch Kundeneingaben oder auf der Basis von Sensordaten verfeinert werden. Insgesamt kann auf diese Weise ein selbstlernendes Gargerät erhalten werden.

[0070] Das Gargerät kann auch mittels Sensoren wie einer Kamera oder einen Gassensor Informationen über den Fortschritt des Bräunungsvorgangs aufnehmen und diese mit den Werten vergleichen, die mittels des Bräunungszählers erhalten werden. Die Daten können aktuell zur Anpassung von Garprozessen verwendet werden.

[0071] Beispielsweise kann ein aktuell laufender Garprozess angepasst werden (beispielsweise in der Form einer Anpassung der Temperatur, um den Garprozess innerhalb einer bestimmten Zeit abschließen zu können, oder der Gardauer, wenn nach der vorgesehenen Garzeit die gewünschte Bräunung noch nicht erreicht ist). Hierzu können die Daten von einer Kamera verwendet werden, die die Bräunung des Produktes erfasst. Dabei sind selbst "Momentaufnahmen" hilfreich, die beispielsweise von Produkten gemacht werden, die für die Kamera an sich durch einen darüber im Garraum angeordneten Gargutträger verdeckt sind und nur bei einem Wechsel des darüber angeordneten Gargutträgers kurzzeitig für die Kamera sichtbar sind.

[0072] Allgemein ausgedrückt kann der Sensor die aktuell am Produkt entstehende Bräunung messen, und die Steuerung kann das Ergebnis der Messung mit dem durch den Bräunungszähler ermittelten Bräunungsverlauf vergleichen. Die Differenz kann zur Anpassung des Klimas verwendet werden, sodass die Endbräunung dem Sollwert entspricht.

[0073] Es können aber auch die Garprozesse insgesamt angepasst werden, indem die Garprozesse dahingehend miteinander abgeglichen werden, dass hinterlegte Bräunungsdaten für verschiedene Produkte (u.U. selbstlernend) modifiziert werden, so dass das Gargerät die Vorgaben eines Bedieners mit der Zeit immer besser umsetzen kann.

[0074] Die Steuerung kann den Bräunungszähler auch bei einer Nutzung des Gargeräts für eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden, unterschiedlichen Garvorgängen dazu verwenden, diese unterschiedlichen Garvorgänge dahingehend abzugleichen, dass bei parallel verlaufenden oder bei aufeinanderfolgenden Garprozessen das ideale Klima ermittelt und ein geplanter Garprozess auf einen späteren Zeitpunkt verschoben wird, zu dem die (aufgrund von anderen Garvorgängen dann eingestellten) Garparameter besser zu dem geplanten Garprozess passen.

[0075] Es ist auch möglich, den Bräunungszähler in Kombination mit Daten von Sensoren (beispielsweise mittels einer Kamera ermittelte Bräunungsdaten oder Daten von einem Gassensor) dazu zu verwenden, auf eine Produktart oder einen Produktzustand zurückzuschließen. Diese Informationen können (u.U. in Kombination mit Daten aus einer Datenbank) dazu verwendet werden, das Garklima an die jeweiligen Randbedingungen anzupassen.

[0076] Beispielsweise kann, wenn die durch den Sensor gemessene Bräunung bzw. neu berechnete Bräunung einem charakteristischem Verlauf entspricht (z.B. Fitparameter liegen in einem bestimmten Bereich), dadurch auf das Produkt oder die Produkteigenschaften (z.B. mariniert) rückgeschlossen werden.

[0077] Der Bräunungszähler kann auch als Bilanzierungsgrundlage verwendet werden, um einem Bediener die Auswirkungen einer Änderung von Klima- oder Zeiteinstellungen anzuzeigen oder die Auswirkungen eines Eingriffs bei einer Mischbeschickung.

[0078] Es ist einem Bediener dabei nicht nur möglich, in vorgegebene Garabläufe (das heißt Klimaparameter als auch Zielwerteinstellungen wie Bräunungseinstellung) einzugreifen und diese zu ändern. Es wird auch angezeigt, welche Auswirkung der Eingriff auf die Bräunung haben wird.

[0079] Dabei ist es dem Bediener nicht nur möglich, lediglich am Anfang Zielwertparameter (z.B. Bräunungseinstellungen) vorgeben, sondern er kann diese auch während des Ablaufs ändern. Der Bräunungszähler bildet die Grundlage, um dem Bediener zu kommunizieren, ob der neue Wert erreicht werden kann oder nicht, unter Umständen auch mit der Anzeige, welche Bräunung im aktuellen Garablauf noch erreicht werden kann (beispielsweise Bräunungsgrad 4 statt gewünscht 5).

[0080] Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Bräunungszähler als Regelungsgröße zur synchronen Erreichung des äußeren und des inneren Gargrades verwendet wird. Hierbei wird dann ein Kerntemperaturfühler oder ein Modell für die innere Erwärmung verwendet. Die innere Erwärmung reagiert bei größeren Gargutstücken sehr viel träger auf das Garklima als die Bräunung. Dies kann genutzt werden, um die Bräunungsgeschwindigkeit insbesondere gegen Ende eines Garprozesses an die erwartete Restzeit anzupassen. Als Zielwert für die innere Gare kann beispielsweise die Erreichung einer bestimmten Temperatur, eines C- Wertes, einer Erweichung, einer Farbe im Inneren oder eine Volumenzunahme dienen.

[0081] Wenn ein Bediener eine Zielzeit vorgegeben hat, wann ein Produkt innere und äußere Gare erreicht haben soll, dient der Bräunungszähler zum einen als Größe zur Berechnung der notwendigen Restzeit bei einem bestimmten Klima und zum anderen zur Berechnung der notwendigen Klimaanpassung, um den gewünschten äußeren Garegrad am angegebenen Zeitpunkt zu erreichen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Steuern eines Garverfahrens in einem Gargerät (10), bei dem ab einem Zeitpunkt, zu dem die Oberfläche eines zu garenden Produkts eine Temperatur in der Größenordnung der Siedetemperatur von Wasser überschreitet, ein spezifischer Bräunungs-Wärmeeintrag in das zu garende Produkt zu einem aktueller Bräunungswert aufsummiert und der Garprozess beendet wird, wenn ein vorbestimmter Bräunungswert erreicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, zu dem die Oberfläche des Produkts eine Temperatur in der Größenordnung der Siedetemperatur von Wasser überschreitet, dadurch bestimmt wird, dass die Oberflächentemperatur gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, zu dem die Oberfläche des Produkts eine Temperatur in der Größenordnung der Siedetemperatur von Wasser überschreitet, dadurch abgeschätzt wird, dass ein spezifischer Wärmeeintrag in das Produkt bestimmt wird, dieser spezifische Wärmeeintrag über die Garzeit integriert und der Zeitpunkt dann als erreicht angenommen wird, wenn dieses Wärmeflussintegral einen vorbestimmten Siedewert erreicht hat.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der spezifische Wärmeeintrag bestimmt wird aus dem Produkt aus einem angenommenen Wärmeübergangskoeffizienten α für den aktuellen Garprozess und einer treibenden Temperaturdifferenz.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die treibende Temperaturdifferenz die Differenz zwischen einer Garmediumstemperatur T_M und einer Oberflächentemperatur T_O des zu garenden Produkts ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des spezifischen Bräunungs-Wärmeeintrags ΔBz in das zu garende Produkt die folgende Beziehung verwendet wird:

mit: E = Produktabhängiger Wert der Aktivierungsenergie

T = Oberflächentemperatur des Produkts

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bräunungswert durch Aufintegrieren des Bräunungszählerwertes erhalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bräunungswert durch Aufsummieren des Bräunungszählerwertes erhalten wird, der in vorbestimmten Zeitabständen neu berechnet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bräunungswert, bei dem der Garprozess beendet wird, vorab experimentell für verschiedene zu garende Produkte oder Produktgruppen ermittelt wurde.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Werte des Bräunungszählers mit Daten in einer Bräunungsdatenbank abgeglichen werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der Bräunungsdatenbank in Abhängigkeit vom Ergebnis des Abgleichs modifiziert werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass für den Abgleich ein Wert für die objektive Bräunung bereitgestellt wird, insbesondere von einem Sensor.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass für den Abgleich ein Wert für die Bräunung bereitgestellt wird, der von einem Bediener eingegeben wird.

14. Gargerät (10) mit einem Garraum (12), einer Heizvorrichtung (18) und einer Steuerung (22), wobei die Steuerung (22) einen Bräunungszähler (37) enthält, der einen spezifischen Bräunungs-Wärmeeintrag zu einem Bräunungswert aufsummieren kann, wobei die Steuerung (22) den Garprozess in Abhängigkeit vom Bräunungswert steuern kann.

15. Gargerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor vorhanden ist, der bräunungsrelevante Daten erfassen kann.

16. Gargerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Kamera ist.

17. Gargerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Gassensor ist.

Zeichnung