[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Beladungszustandes eines Garraums
eines Gargerätes mit Gargut, das unter Mikrowellenbeaufschlagung gegart wird, und
ein Gargerät zur Durchführung solch eines Verfahrens.
[0002] In Mikrowellengargeräten ist ein wohldosierter Eintrag von Mikrowellenstrahlung in
das Gargut wünschenswert, um örtliche Überhitzungen oder gar Zerstörungen im Gargut
zu vermeiden. So verlangt Gargut, welches aufgrund der Beladungsmenge oder seiner
Art Mikrowellen stärker absorbiert, nach einer höheren Leistung eines Mikrowellengenerators
als ein solches Gargut, bei dem Mikrowellen weniger absorbiert werden. Aus dem Stand
der Technik sind einige Ansätze bekannt, wie die Leistung solch eines Mikrowellengenerators
durch eine Erkennung der Gargutlast beziehungsweise der Beladungsmenge auf das zu
garende Gargut abgestimmt werden kann.
[0003] In der gattungsbildenden
DE 37 43 921 A1 ist ein Gargerät beschrieben, bei dem durch einen Vergleich der Leistung der in einen
Garraum eingestrahlter Mikrowellenstrahlung mit der Leistung einer im Garraum reflektierten
Mikrowellenstrahlung auf die Absorption von im Garraum angeordnetem Gargut geschlossen
werden kann. Die von einem Magnetron erzeugte Mikrowellenstrahlung wird mittels eines
Hohlleiters sowie eines Richtkopplers, in den Garraum eingestrahlt, wobei ein Teil
der im Garraum befindlichen Mikrowellenstrahlung zurück in den zuvor genannten Hohlleiter
reflektiert wird, und die rückreflektierte Mikrowellenstrahlung über den Richtkoppler
aus dem Hohlleiter ausgekoppelt sowie einem Mikrowellendetektor zugeführt wird. Mit
der in der
DE 37 43 921 A1 beschriebenen Anordnung soll insbesondere die zeitliche Änderung der Mikrowellenaufnahmefähigkeit
des Garguts erfaßt werden, um auf den aktuellen Garzustand des Garguts, z. B. beim
Auftauen, zu schließen.
[0004] Aus der
US 5,237,141 ist ein Hochfrequenzgargerät bekannt, bei dem in einem Garraum eines Gargerätes befindliches
Gargut mit Mikrowellenstrahlung aus einem Mikrowellen-Generator beaufschlagt wird.
Ein Teil der nicht vom Gargut absorbierten Mikrowellenenstrahlung wird durch eine
separate Öffnung in der Garraumwand an eine Detektionsantenne mit einer zugehörigen
Detektionsvorrichtung geführt. Durch Vergleich der in den Garraum eingestrahlten Mikrowellenleistung
mit der an der Detektionsantenne gemessenen Mikrowellenleistung kann auf die Mikrowellenabsorption
des Gargutes und somit auf den Garzustand des Gargutes geschlossen werden.
[0005] Nachteilig an dem zuvor genannten Stand der Technik ist, daß zur Bestimmung des Beladungszustandes
eines Garraums zumindest zwei Meßgrößen einfließen, nämlich zum einen die Eingangsleistung
der Mikrowellenstrahlung in den Garraum bzw. die Leistung eines Mikrowellengenerators
und zum anderen die vom Garraum reflektierte und nicht vom Gargut absorbierte Mikrowellenleistung.
Je mehr rauschbehaftete Meßgrößen in die Berechung der Beladungsmenge einfließen,
desto stärker wird auch der berechnete Wert der Beladungsmenge unerwünschten Schwankungen
unterliegen. Des weiteren ist es nachteilig, während des Garbetriebes fortwährend
die Mikrowellenleistung im Garraum über eine entsprechende Detektionsvorrichtung zu
verfolgen, da die Detektionsvorrichtung selbst Mikrowellenleistung aufnimmt, welche
somit nicht mehr zur Erwärmung von Gargut zur Verfügung steht.
[0006] Ein alternatives System zur Erkennung der Beladungsmenge in einem Mikrowellengerät
ist aus der
US 6,867,402 B1 bekannt. Das dort beschriebene Beladungserkennungssystem wird dazu verwendet, den
Beladungszustand im Garraum durch Einstrahlen eines hochfrequenten Energiestoßes,
insbesondere eines Ultraschallenergiestoßes, und Messung der Reflexion des Energiestoßes
zu bestimmen. Basierend auf dem Zeitunterschied zwischen dem emittierten und dem reflektierten
Signal entscheidet ein Controller, ob eine Beladung im Garraum vorhanden ist oder
nicht.
[0007] Die
KR 100 320 715 B offenbart ein Verfahren zur optimalen Anpassung der Mikrowellenabgabe an die Beladung
eines Mikrowellengerätes, unabhängig von Temperaturänderungen eines Garguts. Nachdem
ein Magnetron und ein Drehteller eingeschaltet werden, wird bei dem genannten Verfahren
zu diesem Zwecke die Leckstrahlung der Mikrowellen pro Umdrehung des Drehtellers gemessen.
Nach dieser Messung wird der Drehteller ausgeschaltet und anschließend eine Zeit zur
Minimierung, d.h. zum Abklingen, der Leckstrahlung der Mikrowellen bestimmt. Die so
bestimmte Zeitkonstante wird mit einem Referenzwert verglichen. Wenn die genante Zeitkonstante
den Referenzwert überschreitet, wird ein unbeladener Zustand des Garraums erkannt
und eine Fehlermeldung ausgegeben.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren derart weiterzuentwickeln,
daß die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden. Insbesondere soll in einem
Mikrowellen-Gargerät auf robuste und energiesparende Weise eine Erkennung der Beladungsmenge
dessen Garraums ermöglicht werden.
[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Garen des Garguts zumindest
ein Mikrowellengenerator aktiviert sowie zumindest ein Mikrowellendetektor deaktiviert
und zum Messen des Beladungszustandes der Mikrowellengenerator deaktiviert sowie der
Mikrowellendetektor aktiviert wird, wobei das Abklingverhalten von beim Garen im Garraum
gespeicherter Mikrowellenstrahlung, -energie und/oder -leistung zum Messen ausgewertet
wird unter Vergleich mit zumindest einem gespeicherten Referenzwert zum Beladungszustand.
[0010] Bevorzugt ist dabei, daß der Referenzwert zum Beladungszustand für zumindest eine
Beladungsmenge an Gargut und/oder eine Mikrowellenabsorption im Gargut ermittelt wird,
wobei vorzugsweise der Referenzwert aus dem Abklingverhalten des unbeladenen Garraums
ermittelt wird, insbesondere im Rahmen einer Kalibrationsmessung.
[0011] Ferner wird vorgeschlagen, daß das Abklingverhalten durch zumindest eine Abklinggeschwindigkeit,
eine Abklingzeit und/oder einen zeitlichen Verlauf einer gemessenen Mikrowellenleistung
ermittelt wird.
[0012] Dabei kann vorgesehen sein, daß beim Ermitteln ein Fit einer Abkling-Funktion f an
die Einhüllende p der gemessenen Mikrowellenleistung über die Zeit t durchgeführt
wird.
[0013] Erfindungsgemäß kann dabei wiederum vorgesehen sein, daß die Abkling-Funktion f aus
zumindest einer negativ exponentiellen Funktion, insbesondere einer Summe solcher
negativ exponentieller Funktionen, ermittelt wird, wobei jeder einzelnen negativ exponentiellen
Funktion eine Zeitkonstante T und ein Vorfaktor zugeordnet wird.
[0014] Dabei wird vorgeschlagen, daß als die negativ exponentielle Funktion e [-(t - t
0)/T] mit t
0 = Zeitpunkt des Deaktivierens des Mikrowellengenerators und Aktivierens des Mikrowellendetektors
bestimmt wird.
[0015] Weiterhin kann vorgesehen sein, daß das Abklingverhalten angegeben oder angezeigt
wird, vorzugsweise als der Zeitpunkt T + t
0, der insbesondere bestimmt wird aus dem Schnittpunkt der Tangente an die Mikrowellenleistungseinhüllende
P zum Zeitpunkt t
0 mit einer P = O-Linie.
[0016] Erfindungsgemäß wird auch vorgeschlagen, daß die Aktivierung des Mikrowellendetektors
und die Deaktivierung des Mikrowellengenerators synchronisiert werden.
[0017] Des weiteren kann vorgesehen sein, daß der Mikrowellendetektor ein ankommendes Mikrowellensignal
demoduliert und die zeitliche Einhüllende des Mikrowellensignals ermittelt, wobei
vorzugsweise die Demodulation durch eine Gleichrichtung, insbesondere mit einer darauffolgenden
Tiefpaß-Filterung, erfolgt.
[0018] Dabei kann vorgesehen sein, daß niederfrequente Störungen des Mikrowellensignals
vor der Demodulation herausgefiltert werden.
[0019] Bevorzugt ist erfindungsgemäß, daß die Mikrowellensignale, insbesondere die Einhüllende
p der Mikrowellensignale, nach der Demodulation aufintegriert werden, wobei vorzugsweise
die aufintegrierte Größe der Intensität des Mikrowellenstrahlennachhalls entspricht,
aus der insbesondere eine Mikrowellendämpfung durch das Gargut ermittelt wird.
[0020] Mit der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß ein Garprogramm oder ein Garprogrammschritt
in Abhängigkeit des ermittelten Beladungszustandes geführt wird.
[0021] Erfindungsgemäß wird auch ein Gargerät mit einem Garraum, zumindest einem Mikrowellengenerator,
zumindest einem Mikrowellendetektor, zumindest einer Antenne zur Einkopplung von Mikrowellenstrahlung
in den Garraum und zur Auskopplung von Mikrowellenstrahlung aus dem Garraum und einer
Steuer- oder Regeleinheit zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0022] Dabei kann vorgesehen sein, daß der Garraum zumindest teilweise von metallischen,
Mikrowellenstrahlung reflektierenden Flächen oder Wänden begrenzt ist und eine Mikrowellen-Kavität
bildet, in der Mikrowellenenergie während eines Garens speicherbar ist.
[0023] Mit der Erfindung wird auch vorgeschlagen, daß der Mikrowellengenerator und der Mikrowellendetektor
zumindest teilweise über mindestens eine gemeinsame Leitung und/oder zumindest eine
Antenne zur Ein- und Auskopplung von Mikrowellenstrahlung in den beziehungsweise aus
dem Garraum verbunden sind.
[0024] Bevorzugt ist erfindungsgemäß, daß der Mikrowellengenerator und der Mikrowellendetektor
über mindestens eine zumindest teilweise gemeinsame Steuerleitung zum Empfangen eines
gemeinsamen Steuersignals und/oder über mindestens eine zumindest teilweise gemeinsame
Signalleitung mit der Steuer- oder Regeleinheit verbunden sind, wobei das Steuersignal
die gleichzeitige Deaktivierung des Mikrowellengenerators und Aktivierung des Mikrowellendetektors
bewirkt.
[0025] Ferner wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß der Mikrowellendetektor zumindest
einen Hochpaß-Filter, insbesondere umfassend einen Kondensator und eine Spule, zum
Herausfiltern niederfrequenter Störungen, zumindest einen Gleichrichter, insbesondere
umfassend eine Diode, und/oder zumindest einen Tiefpaß-Filter, insbesondere umfassend
einen Kondensator und einen Widerstand, zum Herausfiltern eines Gleichanteils eines
Signals umfaßt, wobei vorzugsweise der Tiefpaß-Filter dem Gleichrichter und der Gleichrichter
dem Tiefpaß-Filter vorgeschaltet ist.
[0026] Zudem kann vorgesehen sein, daß zwischen einem Steuereingang und einem Endpotential
eine Steuerspannung an den Mikrowellendetektor anlegbar ist, die insbesondere über
einen Widerstand und eine parallel geschaltete Diode einen Steuerstrom erzeugt, der
vorzugsweise dem Basis-Eingang eines Transistors, insbesondere Bipolartransistors,
zuführbar ist.
[0027] Erfindungsgemäße Gargeräte können auch gekennzeichnet sein durch eine Anzeigeeinrichtung
zum Anzeigen des Verlaufs der Leistung der Einhüllenden der Mikrowellenstrahlung im
Garraum als Funktion der Zeit und/oder einer Zeitkonstante T und/oder T+t
0.
[0028] Schließlich können erfindungsgemäß Gargeräte ferner gekennzeichnet sein durch eine
Bedieneinrichtung, eine elektrische Heizeinrichtung, eine gasbetriebene Heizeinrichtung,
eine Wärmetauschereinrichtung, eine Kühleinrichtung, eine Einrichtung zum Einführen
von Feuchtigkeit in den Garraum, eine Einrichtung zum Abführen von Feuchtigkeit aus
dem Garraum, eine Garraumatmosphärenzirkulationseinrichtung und/oder zumindest einen
Sensor.
[0029] Es ist somit die überraschende Erkenntnis der Erfindung, daß im Anschluß an ein plötzliches
Abschalten eines Mikrowellengenerators eines Gargerätes eine Bestimmung eines Beladungszustandes
im Garraum des Gargerätes durch Auswertung des zeitlichen Abklingverhaltens der im
Garraum gespeicherten Mikrowellenenergie erfolgen kann. Dabei ist besonders vorteilhaft,
daß die Bestimmung des Beladungszustandes durch die Messung nur einer Größe, nämlich
der Leistung der im Garraum verbleibenden Mikrowellenstrahlung, in Abhängigkeit der
Zeit bestimmt werden kann. Des weiteren liefert die Erfindung den Vorteil, daß durch
die zeitversetzte Detektion der abklingenden Mikrowellenstrahlung nach Abschaltung
des Mikrowellen-generators ein unnötiger Verbrauch von Mikrawellenenenergie, wie er
im Falle einer kontinuierlichen Detektion der Mikrowellenleistung im Garraum während
des Garbetriebes auftritt, vermieden wird.
[0030] Ferner wird eine gleichzeitige Deaktivierung des Mikrowellengenerators und Aktivierung
eines Mikrowellendetektors über eine, insbesondere gemeinsame, Steuerleitung, welche
mit einer Steuereinheit des Gargerätes verbunden ist, ermöglicht. So können die gleichen
Leitungen und Antennen zum einen im Garbetrieb zur Übertragung von Mikrowellenstrahlung
vom Generator in den Garraum und zum anderen im Meßbetrieb bei der Messung des Abklingverhaltens
zur Übertragung von Mikrowellenstrahlung vom Garraum in den Detektor benutzt werden,
insbesondere ohne auf einen Richtkoppler, wie er beispielsweise in der zuvor erwähnten
DE 37 43 921 A1 beschrieben ist, zurückgreifen zu müssen.
[0031] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung,
in der die Erfindung beispielhaft anhand in schematischen Zeichnungen dargestellter
Ausführungsbeispiele erläutert wird.
Dabei zeigt
[0032]
- Figur 1
- den Aufbau eines Gargerätes zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- Figur 2
- den zeitlichen Verlauf der Einhüllenden der Leistung der Mikrowellenstrahlung im Garraum
beim Übergang vom Garbetrieb zum Meßbetrieb; und
- Figur 3
- den Schaltungsaufbau eines Mikrowellendetektors zur Bestimmung des Beladungszustandes
im Garraum.
[0033] In Fig. 1 ist schematisch ein Gargerät 1 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt, bei dem ein Garraum 2 von metallischen Wänden 3 begrenzt wird.
Im Garraum 2 ist Gargut 4 exemplarisch auf vier übereinander angeordneten Gargutträgern
5 positioniert. Am Boden des Garraums 2 ist ein Ablauf 6 bereitgestellt, der in ein
nicht gezeigtes Abwassersystem führt. Seitlich an den Gargutträgern 5 sind Antennen
9 angeordnet, die zur Einkopplung von Mikrowellenstrahlung in den Garraum 2 sowie
auch zur Auskopplung von Mikrowellenstrahlung aus dem Garraum 2 dienen. Die Antennen
9 sind mit einem Leitungssystem aus, insbesondere koaxialen, Speiseleitungen 10 und
Verzweigungen 12 verbunden, die aus dem Garraum 2 herausführen und in eine gemeinsame.
Hauptleitung 11 münden, wie bspw. in der
DE 10 2004 059 900 B3 der Anmelderin beschrieben. Am Ende verzweigt sich die Hauptleitung 11 über eine
Verzweigung 13 in zwei weitere Speiseleitungen 21, 31, wobei die eine Speiseleitung
21 an einen Generator 20, insbesondere ein Magnetron, und die andere Speiseleitung
31 an einen Detektor 30 für Mikrowellen angekoppelt sind. Dabei sind die Speiseleitungen
10, 21, 31 und Leitungsverzweigungen 12, 13 dieses Leitungssystems auf den Generator
20, den Detektor 30 und die Antennen 9 so angepaßt, daß im Garbetrieb gleich viel
Mikrowellenleistung vom Generator an die jeweiligen Antennen 9 übertragen wird und
daß eine optimale Leistungsübertragung erfolgt.
[0034] Überdies verfügt das Gargerät 1 über ein Umwälzeinrichtung, umfassend ein Gebläserad
50, welches über eine Welle 51 und einen nicht gezeigten Motor angetrieben wird. In
Kombination mit einer Strömungsleiteinrichtung 52 führt die Rotation des Gebläses
50 zur Ausbildung einer Strömung entlang der in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Strömungslinien
53.
[0035] Im Garbetrieb ist der Detektor 30 deaktiviert, so daß dieser einen möglichst geringen,
im wesentlichen vernachlässigbaren Anteil der im Mikrowellengenerator 20 erzeugten
Leistung aufnimmt. Vielmehr wird die Mikrowellenstrahlung vom Generator 20 über die
Speiseleitung 21 im wesentlichen verlustlos über die Hauptleitung 11 weiter zu den
Antennen 9 geleitet. Die Antennen 9 sind im Garraum 2 so angeordnet, daß ein im wesentlichen
homogener Eintrag von Mikrowellenstrahlung in das auf den verschiedenen Gargutträgern
5 positionierte Gargut 4 ermöglicht wird.
[0036] Im Garbetrieb wird Gargut 4 erwärmt, was typischerweise im Rahmen von Garprogrammen
oder Garprogrammschritten erfolgt, die in Abhängigkeit der Beladungsmenge des Garraums
2 geführt werden. Die von den Antennen 9 abgegebene Mikrowellenstrahlung trifft dabei
zu einem Teil direkt und zum anderen Teil indirekt nach zumindest einer Reflexion
an einer metallischen Garraumwand 3 oder anderen metallischen Elementen im Garraum
2 auf das Gargut 4 auf. Dabei bildet sich in Abhängigkeit der Frequenz der Mikrowellenstrahlung,
der Anordnung der Garraumwände 3, der Abstrahlcharakteristik der Antennen 9 und der
Anordnung des Garguts 4 eine entsprechende elektromagnetische Feldverteilung, charakterisiert
durch eine Mode oder mehrere überlagerte Moden, im Garraum 2 aus. Im stationären Garbetrieb
entsteht so ein Gleichgewicht zwischen einerseits der von den Antennen 9 in den Garraum
2 eingestrahlten Leistung P
IN und andererseits der im Gargut 4 absorbierten Leistung P
A sowie der Verlustleistung P
L, die durch Absorption der Mikrowellenstrahlung an den metallischen Garraumwänden
3, aus dem Garraum 4 austretende Leckstrahlung und andere Verlustmechanismen verursacht
wird.
[0037] Während die im Garraum 2 gespeicherte Mikrowellenenergie im Garbetrieb im wesentlichen
konstant ist, klingt diese nach Abschalten des Mikrowellengenerators 20 nach einer
bestimmten Zeit ab, ähnlich wie beim Nachhall eines akustischen Echos in einem geschlossenen
Raum. Die Geschwindigkeit des Abklingens ist dabei abhängig vom Absorptionsfaktor
P
A/P
IN im Gargut und vom Verlustfaktor P
L/P
IN der Garraumkavität. Je höher der Absorptionsfaktor bzw. der Verlustfaktor ist bzw.
sind, desto höher ist die Abklinggeschwindigkeit und desto kürzer ist die Abklingzeit
der im Garraum 2 verbleibenden Mikrowellenenergie. Der Verlustfaktor P
L/P
IN ist eine Gerätekonstante, die beispielsweise im Rahmen einer Kalibrationsmessung
ermittelt werden kann. Durch eine Messung der Abklingcharakteristik kann bei bekanntem
Verlustfaktor auf den Absorptionsfaktor P
A/P
IN des Garguts 4 geschlossen werden, der wiederum die Bestimmung der Beladungsmenge
in Abhängigkeit der Art des Garguts 4, ausgewählt aus einer Gruppe, umfassend Fleisch,
Gemüse, Tiefkühlgerichte, Fisch oder dergleichen, zuläßt.
[0038] Da der Abklingprozeß des beladenen Garraums 2 nach Abschaltung des Generators 20
typischerweise auf einer kurzen Zeitskala stattfindet, ist zur meßtechnischen Erfassung
der Abklingfunktion mittels des Detektors 30 eine schnelle Umschaltung zwischen Garbetrieb
und Meßbetrieb nötig. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Generator 20 und
der Detektor 30 über eine gemeinsame Steuerleitung 41 von einer Steuereinheit 40 des
Gargerätes 1 synchron gesteuert werden. So kann beispielsweise zur Aufrechterhaltung
des Garbetriebs eine Steuerspannung U
I > 0 an der gemeinsamen Steuerleitung 41 anliegen, die den Generator 20 aktiviert
und den Detektor 30 deaktiviert. Eine Umschaltung der Steuerspannung auf 0 V führt
im Gegenzug zu einer Deaktivierung des Generators 20 bei gleichzeitiger Aktivierung
des Detektors 30. Bei einer entsprechend schnell ausgelegten Verarbeitungsgeschwindigkeit
der Steuereinheit 40 kann das zeitliche Abklingverhalten der Leistung der Mikrowellenstrahlung
im Garraum 2 vom Detektor 30 erfaßt und über eine Signalleitung 42 an die Steuereinheit
40 zur Auswertung und Weiterverarbeitung der gemessenen Daten weitergeleitet werden.
[0039] Das im Detektor 30 zu detektierende abklingende Signal weist die Form eines Produktes
aus einer im wesentlichen negativ exponentiell abklingenden Einhüllenden und einer
oszillierenden Mikrowellen-Trägerwelle, insbesondere mit einer Trägerfrequenz von
ca. 2.45 GHz, auf. Zur Extraktion der Einhüllenden wird dieses Signal im Detektor
30 demoduliert, so daß die Einhüllende über eine Signalleitung 42 vom Detektor 30
an die Steuereinheit 40 des Gargerätes 1 geleitet wird. Eine solche Demodulation kann
im Detektor 30 beispielsweise durch eine Gleichrichtung des Mikrowellensignals mit
anschließender Tiefpaß-Filterung erfolgen. In der Steuereinheit 40 erfolgt eine, insbesondere
digitale, Auswertung der gemessenen Daten zur Extraktion von zumindest einer charakteristischen
Zeitkonstanten aus der gemessenen Abklingfunktion der Einhüllenden.
[0040] In Fig. 2 ist der Verlauf der Leistung P der Einhüllenden der Mikrowellenstrahlung
im Garraum 2 als Funktion der Zeit t aufgetragen. Die durchgezogene Linie stellt dabei
die Größe P beim Übergang zwischen dem Garbetrieb (t < t
0) und dem Meßbetrieb (t > t
0) dar, wobei der Mikrowellengenerator 20 zum Zeitpunkt t
0 deaktiviert wurde. Vor Deaktivierung des Generators 20 ist die Leistung P = P
0 konstant. Das Abklingverhalten für den Fall eines unbeladenen Garraums 2 ist für
t > t
0 durch die gestrichelte Kurve P
2 dargestellt. Die Kurve kann durch eine negativ exponentielle Funktion der Form exp[-
(t - t
0) / T
1] angenähert werden, wobei T
1 die Zeitkonstante für den Abklingprozeß im unbeladenen Garraum 2 ist. In ähnlicher
Weise ist der Abklingprozeß im Falle eines beladenen Garraums 2 für t > t
0 durch die durchgezogene Kurve P
1 aufgetragen, wobei P
1 ebenfalls durch eine negativ exponentielle Funktion der Form exp[- (t - t
0) / T
2] mit einer kürzeren Zeitkonstanten T
2 angenähert werden kann. Einfach gensprochen bedeutet dies, daß die Metallwände 3
wesentliche weniger zur Dämpfung der Mikrowellen als die Gargüter 4 im Garraum 2 beitragen,
weshalb sich bei plötzlichem Abschalten des Mikrowellengenerators 20 entsprechend
der Dämpfung ein Mikrowellennachhall bildet, der um so größer ist, je mehr dämpfende
Last, also Gargut 4, dort plaziert ist.
[0041] Zur Veranschaulichung des Abklingverhaltens der Leistung P sind die Tangenten an
die Kurven P
1 und P
2 zum Zeitpunkt t
0 und deren Schnittpunkt mit der t-Achse bei t
1 bzw. t
2 in Fig. 2 dargestellt. Die Zeitkonstanten der beiden Kurven ergeben sich bekannterweise
aus den Relationen T
1 = t
1 - t
0 und T
2 = t
2 - t
0. Ebenso kann es zweckmäßig sein, die beiden Kurven P1 und P2 jeweils durch eine Summe
aus negativen Exponentialfunktionen mit unterschiedlichen Zeitkonstanten darzustellen,
um beispielsweise die einzelnen Abkling-Zeitkonstanten verschiedener elektromagnetischer
Moden im Garraum zu erfassen.
[0042] In Fig. 3 ist ein beispielhafter Schaltungsaufbau eines Mikrowellendetektors 30'
dargestellt. Im Garbetrieb liegt eine Steuerspannung zwischen einem Steuereingang
64 und einem Erdpotential GND der Schaltung an, die über die in Fig. 1 gezeigte Steuerleitung
41 von der Steuereinheit 40 zugeführt wird. Diese Steuerspannung erzeugt über,einen
Widerstand R
3 und eine parallel geschaltete Diode D
3 einen Steuerstrom, der dem Basis-Eingang eines Bipolartransistors 70 zugeführt wird.
Durch die Beschaltung des Steuereingangs 64 mit der genannten Steuerspannung befindet
sich der Detektor 30' im deaktivierten Zustand, so daß kein Signal an seinem Signalausgang
62 anliegt.
[0043] Die Umschaltung des Detektors 30' in den Meßbetrieb erfolgt, indem die Steuerspannung
von der in Fig. 1 gezeigten Steuereinheit 40 auf Null gesetzt wird, so daß gleichzeitig
auch der Generator 20 deaktiviert wird. Im Meßbetrieb wird die im Garraum 2 vorhandene
Mikrowellenstrahlung über die Antennen 9, die entsprechenden Leitungen 10, 11 und
die Speiseleitung 31 in den in Fig. 3 dargestellten Detektor 30' eingekoppelt, so
daß eine Spannung zwischen einem Eingang 60 und dem Erdpotential GND des Detektors
30' anliegt. Das ankommende Signal passiert dann zuerst einen Hochpaß-Filter, bestehend
aus einem Kondensator C
1 und einer Spule L
1. Durch diesen Hochpaß-Filter werden niederfrequente Störungen des Signals eliminiert.
Dann wird das gefilterte Signal mittels einer Diode D
1 gleichgerichtet. Dieser Gleichrichtersektion ist ein Tiefpaß-Filter, bestehend aus
einem Kondensator C
2 und einem Widerstand R
2, nachgeschaltet, so daß im wesentlichen nur der Gleichanteil des gleichgerichteten
Signals an den Signalausgang 62 übertragen wird. Der Tiefpaß-Filter muß jedoch breitbandig
genug sein, um auch die zeitliche Signatur der abklingenden Einhüllenden verzerrungsfrei
zu übertragen. Der Signalausgang 62 ist ferner über die in Fig. 1 dargestellte Signalleitung
42 mit der Steuereinheit 40 des Gargerätes 1 verbunden. In der Steuereinheit 40 findet
im Meßbetrieb die Auswertung des Abklingverhaltens der im Garraum 2 gespeicherten
Mikrowellenenergie statt, so daß zunächst der Absorptionsfaktor P
A/P
IN des Gargutes 4 und bei Berücksichtigung der Art des Gargutes ebenfalls die Beladungsmenge
in Garraum 2 bestimmt werden kann.
[0044] Die im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung zu Fig. 1 diskutierten Mikrowellenleitungen
sind nicht auf eine Ausführung als Koaxialleitungen beschränkt. Ebenfalls ist es beispielsweise
möglich, die Mikrowellenleitungen als Hohlleiter, als Streifen-Leitung oder auf vergleichbare
Weise auszubilden. Auch eine Kombination der genannten Leitungstypen ist möglich.
[0045] Im Allgemeinen kann die Bestimmung der Beladungsmenge gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren zu jedem beliebigen Zeitpunkt innerhalb eines Garprogramms oder Garprogrammschrittes
durchgeführt und gegebenenfalls auch wiederholt werden, um beispielsweise auch die
Veränderung des Absorptionsverhaltens des Garguts während eines Garprogrammes zu verfolgen
und das Garprogramm entsprechend anzupassen.
[0046] Eine Alternative zur Bestimmung des Absorptionsfaktors P
A / P
IN des Gargutes ist die Verwendung eines Integrators innerhalb der Steuereinheit, zur
Integration der im Detektor demodulierten zeitlichen Einhüllenden der abklingenden
Mikrowellenstrahlung. Der vom Integrator ausgegebene Wert wäre demnach proportional
zur im Garraum gespeicherten Mikrowellenenergie und müßte zur Bestimmung des Absorptionsfaktors
des Gargutes noch mit der während des Garbetriebes erzeugten Leistung des Mikrowellengenerators
verglichen werden.
[0047] Die in der voranstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen
offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination
für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich
sein.
Bezugszeichenliste
[0048]
- 1
- Gargerät
- 2
- Garraum
- 3
- Reflektierende Metallwände
- 4
- Gargut (Lebensmittel)
- 5
- Gargutträger (Platten, Schalen, Roste , usw.)
- 6
- Ablauf
- 9
- Mikrowellenantenne
- 10
- Speiseleitung
- 11
- Hauptleitung
- 12, 13
- Verzweigung
- 20
- Mikrowellengenerator
- 21
- Speiseleitung
- 30, 30'
- Mikrowellendetektor
- 31
- Speiseleitung
- 40
- Steuereinheit
- 41
- Steuerleitung
- 42
- Signalleitung
- 50
- Gebläserad
- 51
- Welle des Gebläserades
- 52
- Strömungsleiteinrichtung
- 53
- Strömungslinien
- 60
- Signaleingang
- 62
- Signalausgang
- 64
- Steuereingang
- 70
- Bipolartransistor
- P, P0 bis P2
- Mikrowellen-Leistung im Garraum (Einhüllende)
- t
- Zeit
- t0
- Abschaltzeitpunkt des Mikrowellen-Generators
- t1, t2
- Zeitkonstante
- T, T1, T2
- Zeitkontakte
- GND
- Erdpotential
- C1, C2
- Kondensator
- L1
- Spule
- D1, D3
- Diode
- R2, R3
- Widerstand
1. Verfahren zur Erkennung des Beladungszustandes eines Garraums eines Gargerätes mit
Gargut, das unter Mikrowellenbeaufschlagung gegart wird, dadurch gekennzeichnet, daß
zum Garen des Garguts zumindest ein Mikrowellengenerator aktiviert sowie zumindest
ein Mikrowellendetektor deaktiviert und zum Messen des Beladungszustandes der Mikrowellengenerator
deaktiviert sowie der Mikrowellendetektor aktiviert wird, wobei das Abklingverhalten
von beim Garen im Garraum gespeicherter Mikrowellenstrahlung, -energie und/oder -leistung
zum Messen ausgewertet wird unter Vergleich mit zumindest einem gespeicherten Referenzwert
zum Beladungszustand.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Referenzwert zum Beladungszustand für zumindest eine Beladungsmenge an Gargut
und/oder eine Mikrowellenabsorption im Gargut ermittelt wird, wobei vorzugsweise der
Referenzwert aus dem Abklingverhalten des unbeladenen Garraums ermittelt wird, insbesondere
im Rahmen einer Kalibrationsmessung.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Abklingverhalten durch zumindest eine Abklinggeschwindigkeit, eine Abklingzeit
und/oder einen zeitlichen Verlauf einer gemessenen Mikrowellenleistung ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
beim Ermitteln ein Fit einer Abkling-Funktion f an die Einhüllende p der gemessenen
Mikrowellenleistung über die Zeit t durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abkling-Funktion f aus zumindest einer negativ exponentiellen Funktion, insbesondere
einer Summe solcher negativ exponentieller Funktionen, ermittelt wird, wobei jeder
einzelnen negativ exponentiellen Funktion eine Zeitkonstante T und ein Vorfaktor zugeordnet
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
als die negativ exponentielle Funktion
mit t
0 = Zeitpunkt des Deaktivierens des Mikrowellengenerators und Aktivierens des Mikrowellendetektors
bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abklingverhalten angegeben oder angezeigt wird, vorzugsweise als der Zeitpunkt
T + t0, der insbesondere bestimmt wird aus dem Schnittpunkt der Tangente an die Mikrowellenleistungseinhüllende
P zum Zeitpunkt t0 mit einer P = O-Linie.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung des Mikrowellendetektors und die Deaktivierung des Mikrowellengenerators
synchronisiert werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellendetektor ein ankommendes Mikrowellensignat demoduliert und die zeitliche
Einhüllende des Mikrowellensignals ermittelt, wobei vorzugsweise die Demodulation
durch eine Gleichrichtung, insbesondere mit einer darauffolgenden Tiefpaß-Filterung,
erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
niederfrequente Störungen des Mikrowellensignals vor der Demodulation herausgefiltert
werden.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mikrowellensignale, insbesondere die Einhüllende p der Mikrowellensignate, nach
der Demodulation aufintegriert werden, wobei vorzugsweise die aufintegrierte Größe
der Intensität des Mikrowellenstrahlennachhalls entspricht, aus der insbesondere eine
Mikrowellendämpfung durch das Gargut ermittelt wird.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Garprogramm oder ein Garprogrammschritt in Abhängigkeit des ermittelten Beladungszustandes
geführt wird.
13. Gargerät (1) mit einem Garraum (2), zumindest einem Mikrowellengenerator (20), zumindest
einem Mikrowellendetektor (30, 30'), zumindest einer Antenne (9) zur Einkopplung von
Mikrowellenstrahlung in den Garraum (2) und zur Auskopplung von Mikrowellenstrahlung
aus dem Garraum (2) und einer Steuer- oder Regeleinheit (40) zum Durchführen eines
Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.
14. Gargerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
der Garraum (2) zumindest teilweise von metallischen, Mikrowellenstrahlung reflektierenden
Flächen oder Wänden (3) begrenzt ist und eine Mikrowellen-Kavität bildet, in der Mikrowellenenergie
während eines Garens speicherbar ist.
15. Gargerät nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß
der Mikrowellengenerator (20) und der Mikrowellendetektor (30, 30') zumindest teilweise
über mindestens eine gemeinsame Leitung (10, 11) und/oder zumindest eine Antenne (9)
zur Ein- und Auskopplung von Mikrowellenstrahlung in den beziehungsweise aus dem Garraum
(2) verbunden sind.
16. Gargerät nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
der Mikrowellengenerator (20) und der Mikrowellendetektor (30, 30') über mindestens
eine zumindest teilweise gemeinsame Steuerleitung (41) zum Empfangen eines gemeinsamen
Steuersignals und/oder über mindestens eine zumindest teilweise gemeinsame Signalleitung
(42) mit der Steuer- oder Regeleinheit (40) verbunden sind, wobei vorzugsweise das
Steuersignal die gleichzeitige Deaktivierung des Mikrowellengenerators und Aktivierung
des Mikrowellendetektors bewirkt.
17. Gargerät nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellendetektor (30') zumindest einen Hochpaß-Filter, insbesondere umfassend
einen Kondensator C1 und eine Spule L1, zum Herausfiltern niederfrequenter Störungen,
zumindest einen Gleichrichter, insbesondere umfassend eine Diode D1, und/oder zumindest
einen Tiefpaß-Filter, insbesondere umfassend einen Kondensator C2 und einen Widerstand
R2, zum Herausfiltern eines Gleichanteils eines Signals umfaßt, wobei vorzugsweise
der Tiefpaß-Filter dem Gleichrichter und der Gleichrichter dem Tiefpaß-Filter vorgeschaltet
ist.
18. Gargerät nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Steuereingang (64) und einem Endpotential GND eine Steuerspannung
an den Mikrowellendetektor (30') anlegbar ist, die über insbesondere einen Widerstand
R3 und eine parallel geschaltete Diode D3 einen Steuerstrom erzeugt, der vorzugsweise dem Basis-Eingang eines Transistors,
insbesondere Bipolartransistors (70), zuführbar ist.
19. Gargerät nach einem der Ansprüche 13 bis 18, gekennzeichnet durch
eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen des Verlaufs der Leistung der Einhüllenden der
Mikrowellenstrahlung im Garraum als Funktion der Zeit und/oder einer Zeitkonstante
T und/oder T+t0.
20. Gargerät nach einem der Ansprüche 13 bis 19, gekennzeichnet durch
eine Bedieneinrichtung, eine elektrische Heizeinrichtung, eine gasbetriebene Heizeinrichtung,
eine Wärmetauschereinrichtung, eine Kühleinrichtung, eine Einrichtung zum Einführen
von Feuchtigkeit in den Garraum, eine Einrichtung zum Abführen von Feuchtigkeit aus
dem Garraum, eine Garraumatmosphärenzirkulationseinrichtung (50) und/oder zumindest
einen Sensor.