Verfahren zur Erkennung des Beladungszustandes eines Gargerätes zum Mikrowellengaren und Gargerät zur Durchführung solch eines Verfahrens

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Beladungszustandes eines Garraums eines Gargerätes mit Gargut, das unter Mikrowellenbeaufschlagung gegart wird, wobei 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, und 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; und ein Gargerät zur Durchführung solch eines Verfahrens.

Beschreibung

[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 - t₀)/T] mit t₀ = 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 + t₀, der insbesondere bestimmt wird aus dem Schnittpunkt der Tangente an die Mikrowellenleistungseinhüllende P zum Zeitpunkt t₀ 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+t₀.

[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 < t₀) und dem Meßbetrieb (t > t₀) dar, wobei der Mikrowellengenerator 20 zum Zeitpunkt t₀ deaktiviert wurde. Vor Deaktivierung des Generators 20 ist die Leistung P = P₀ konstant. Das Abklingverhalten für den Fall eines unbeladenen Garraums 2 ist für t > t₀ durch die gestrichelte Kurve P₂ dargestellt. Die Kurve kann durch eine negativ exponentielle Funktion der Form exp[- (t - t₀) / T₁] angenähert werden, wobei T₁ die Zeitkonstante für den Abklingprozeß im unbeladenen Garraum 2 ist. In ähnlicher Weise ist der Abklingprozeß im Falle eines beladenen Garraums 2 für t > t₀ durch die durchgezogene Kurve P₁ aufgetragen, wobei P₁ ebenfalls durch eine negativ exponentielle Funktion der Form exp[- (t - t₀) / T₂] mit einer kürzeren Zeitkonstanten T₂ 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 P₁ und P₂ zum Zeitpunkt t₀ und deren Schnittpunkt mit der t-Achse bei t₁ bzw. t₂ in Fig. 2 dargestellt. Die Zeitkonstanten der beiden Kurven ergeben sich bekannterweise aus den Relationen T₁ = t₁ - t₀ und T₂ = t₂ - t₀. 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 R₃ und eine parallel geschaltete Diode D₃ 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 C₁ und einer Spule L₁. Durch diesen Hochpaß-Filter werden niederfrequente Störungen des Signals eliminiert. Dann wird das gefilterte Signal mittels einer Diode D₁ gleichgerichtet. Dieser Gleichrichtersektion ist ein Tiefpaß-Filter, bestehend aus einem Kondensator C₂ und einem Widerstand R₂, 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

Ansprüche

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 t₀ = 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.

Zeichnung