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WO2019037962A1 - Haushalts-gargerät - Google Patents

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Publication number
WO2019037962A1
WO2019037962A1 PCT/EP2018/069585 EP2018069585W WO2019037962A1 WO 2019037962 A1 WO2019037962 A1 WO 2019037962A1 EP 2018069585 W EP2018069585 W EP 2018069585W WO 2019037962 A1 WO2019037962 A1 WO 2019037962A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cooking
time
core temperature
household
food
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/069585
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Jürgen Bauer
Simon Gallinger
Barbara Ranzenberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of WO2019037962A1 publication Critical patent/WO2019037962A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C7/00—Stoves or ranges heated by electric energy
    • F24C7/08—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/42—Circuits effecting compensation of thermal inertia; Circuits for predicting the stationary value of a temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2207/00—Application of thermometers in household appliances
    • G01K2207/02—Application of thermometers in household appliances for measuring food temperature
    • G01K2207/06—Application of thermometers in household appliances for measuring food temperature for preparation purposes

Definitions

  • the invention relates to a household cooking appliance, comprising a cooking chamber, a data connection device for establishing a data connection with a core temperature sensor and a control device which is set up to control the household cooking appliance based on temperature measurement values of the core temperature sensor, an anticipated cooking time of the cooking product, in which the core temperature probe is inserted, to calculate based on temperature readings of the core temperature probe and display the calculated estimated cooking time and / or a calculated estimated remaining cooking time.
  • the invention also relates to a system having such a household cooking appliance and having at least one core temperature sensor connectable to the data connection device.
  • the invention also relates to a method for determining an expected cooking duration and / or cooking time of cooking product. The invention is particularly advantageously applicable to ovens.
  • DE 10 2007 040 316 A1 discloses a method for indicating a remaining cooking time during a cooking process in a cooking appliance with a door closable by a door
  • Cooking chamber a heater, a display device, an operating device, a memory device, a control or regulating device and at least one
  • Sensing device wherein via the operating device at least one desired cooking size and / or desired cooking size can be set, depending on the Restgarzeit is determined to then be displayed on the display device, wherein in a first phase of the cooking process as a function of at least a set set cooking size and / or set cooking size estimated maximum and / or minimum value of the remaining cooking time is displayed, and in at least one further phase of the cooking process depending on a comparison between stored in the storage device values and at least one detected by the sensing device Value of at least one Gargutacious and / or Gargina certain Restgarzeit is displayed.
  • DE 42 17 943 A1 discloses an oven or microwave oven with a temperature probe for detecting the temperature of the food to be cooked and a control and monitoring circuit for controlling the heating energy according to a cooking program and to shut off the heating energy upon reaching a user-set Endkerntemperatur.
  • the user should be provided with such an oven information about the remaining period available.
  • a display device which in the operating mode temperature-controlled cooking, the calculated by a computer circuit in response to measured during the cooking core temperature values remaining cooking time or the time at which the Endkerntemperatur is reached indicates.
  • WO 2008/061634 A1 discloses a method for determining a remaining time until the end of a cooking process of a food. First, a target temperature value is defined for a core of the food. Next, the actual core temperatures in the core of the food are measured at predetermined times and a time dependence of the actual core temperature is determined. The time dependency of the actual temperature is then compared with the setpoint temperature value, and from this a remaining running time of the cooking process is estimated. WO 2008/061634 A1 further relates to a corresponding device for determining the remaining time to an end of a cooking process.
  • a household cooking appliance comprising a cooking chamber, a data connection device at least for establishing a data connection with a core temperature sensor and a control device.
  • the control device is configured to control the domestic cooking appliance based on temperature readings of the core temperature probe, to calculate an expected cooking time of food to be cooked into which the core temperature probe is inserted, based on temperature readings of the core temperature probe, and the calculated cooking time and / or a calculated remaining cooking time display.
  • the controller is also adapted to the cooking time and / or calculate the remaining cooking time assuming a proportional increase of a core temperature of the food with a first-order delay and taking into account a dead time.
  • the household cooking appliance has the advantage that with the progress of the cooking process, the forecast of the cooking time, remaining cooking time, etc. becomes more and more accurate. In addition, the cooking time, residual cooking time, etc. can be determined simply from the course of the core temperature. No comparison tables or reference curves are needed.
  • the household cooking appliance can be an oven.
  • the oven may be a standalone oven or part of a combination appliance such as a cooker.
  • the oven can be an oven, a microwave oven and / or a steamer.
  • the oven may be an oven with microwave functionality and / or steam cooking functionality.
  • the cooking chamber is used for the treatment of food, eg for heating or heating. If the cooking appliance is an oven, the cooking chamber can also be referred to as oven room.
  • the data connection device can be set up for establishing a wired data connection and / or a wireless data connection.
  • the data connection device may e.g. have a cable connection.
  • the data connection device can also be set up to supply power to the core temperature sensor.
  • the control device is thus configured to receive measured (core) temperature measured values of the core temperature sensor by means of the core temperature sensor at timely intervals and to use it to control a cooking cycle of the cooking product.
  • control device is set up to calculate the expected cooking duration of the cooking product may include that, alternatively or additionally, at least one time variable derived from the cooking time is calculated, e.g. the expected
  • the cooking time and the remaining cooking time differ only by a linear term and can therefore be easily converted into each other.
  • the remaining cooking time can be determined as the difference between the calculated cooking time and the cooking time previously passed.
  • the time variables, in particular the cooking duration and the remaining cooking time can also be used synonymously in the following, unless something else is specifically meant.
  • the setting up of the control device can comprise a corresponding programming of the control device.
  • the proportional increase of the core temperature of the food with a first-order delay, taking into account a dead time, is analogous to a time behavior of a PT1 element with a deadtime element known from control technology.
  • control device is adapted to the estimated cooking time proportional to a first term MT according to Eq. (1 ):
  • D is the expected cooking time
  • t is a current time since the beginning of the cooking cycle
  • t- ⁇ a selected ("reference") time for the calculation of the expected cooking duration D
  • d (t) a current core temperature
  • ⁇ end is an "asymptotic" core temperature in a final state of the food after a long time
  • d So ⁇ is a desired temperature of the food.
  • the reference time t-1 is in particular automatically selected or set by the household cooking appliance.
  • the asymptotic core temperature 0 E nde corresponds to a final value of the core temperature d (t), which theoretically approaches the core temperature 0 E nde as its limit asymptotically.
  • the relationship according to Eq. (1) can be derived by assuming that the increase of the core temperature d (t) in a cooking space according to Eq. (2):
  • T te is a dead time and T e is a time constant. This can be done according to Eq. (3) change to
  • control device is adapted to the prospective cooking time proportional to the first term MT and a second term (correction factor) CR according to Eq. (7):
  • CR (t) 1 - A initially too large forecast values of the expected cooking time are correctable. Initially, large forecast values of the expected cooking duration D are reduced, while later forecast values are not or not significantly changed.
  • the parameter A indicates at which time the correction factor CR the value according to Eq. (9):
  • the dependence of A on the nominal core temperature d So ⁇ can for example be stored in the household cooking appliance in the form of corresponding characteristic curves, tables, etc.
  • the parameter A may additionally or alternatively be dependent on a selected cooking program and / or food and be set automatically by the control device. It is a further embodiment that the reference time t- ⁇ , which is required for the calculation of the cooking duration D, according to Eq.
  • (10) t t - At, where At corresponds to a fixed predetermined period of time ("time window"), eg 1 min, 2 min, 5 min, etc.
  • the interval period is basically arbitrary. It can be kept constant or varied during a cooking cycle. If the reference time t- ⁇ according to Eq. (10), the cooking time t, the current core temperature 0 (t), the reference time t1 and the core temperature measured before At enter into the cooking time D.
  • the cooking duration D can be calculated eg at intervals of At.
  • the reference time t1 moves with it, ie, that with each time-offset calculation, a new value of t1 is used.
  • the time window At thus remains the same size and moves with t.
  • the delay period At may be dependent on the target core temperature d So ⁇ . This can be stored, for example, in the form of corresponding characteristic curves, tables, etc. in the household cooking appliance.
  • the time window At can be dependent on a selected cooking program and / or food and automatically adjusted by the control device.
  • Cooking process corresponds.
  • the reference time t-1 thus remains constant for a cooking cycle.
  • the temperature difference ⁇ may be, for example, a few Kelvin, for example 3 K.
  • Garraums corresponds. This has the advantage that even low-temperature cooking processes can be taken into account with high accuracy.
  • control device is set up to suppress or not to display an indication of the expected cooking duration and / or the expected remaining cooking time, if, for example, according to Eq. (4) determinable time constant T e ⁇ 0 applies.
  • T e can assume negative values
  • no negative cooking time is displayed.
  • the course of the core temperature of the step response of a PT1 element is not sufficiently similar.
  • T e ⁇ 0 a plausibility condition can be introduced which gives a clue as to whether the actual course of the core temperature can be meaningfully described by the functional approximation described above.
  • control device is set up to calculate the expected cooking duration and / or the expected remaining cooking time based on temperature measured values of a plurality of temperature sensors of the core temperature sensor.
  • the system can be designed analogously to the household cooking appliance and has the same advantages.
  • the object is also achieved by a method for determining an anticipated cooking duration and / or cooking time in which the expected cooking duration and / or remaining cooking time is calculated assuming a proportional increase of a core temperature of the food with a first order delay and taking into account a dead time ,
  • the method can be made analogous to the household cooking appliance and to the system and has the same advantages.
  • FIG. 1 shows a sectional side view of an inventive household cooking appliance
  • FIG. 2 shows a plot of a core temperature in ° C. against a time in minutes for a measured time course of the core temperature and after
  • Figure 3 shows as a plot of a cooking time in minutes against a time in minutes for two variants to calculate the cooking time compared to a true
  • the oven 1 has a cooking chamber 2, a data connection device 3 at least for establishing a data connection with a core temperature sensor KTF and a control device 4.
  • the data connection Direction 3 may be, for example, a plug connection element for inserting a cable K of the core temperature sensor KTF.
  • the core temperature sensor KTF can transmit to the oven 1 via the cable K (core) temperature measured values, in particular to the control device 4 connected to the data connection device 3.
  • the oven 1 can optionally supply the core temperature sensor KTF via the cable K with power.
  • the core temperature sensor KTF may have one or more temperature sensors.
  • the control device 4 is adapted to control the oven 1 based on the temperature readings of the core temperature sensor KTF, as indicated by the broad arrow, e.g. To activate heating elements for heating the cooking chamber 2 accordingly.
  • the control device 4 is set up to calculate an anticipated cooking duration and / or an expected remaining cooking time of food G into which the core temperature sensor KTF is inserted, as indicated, based on the temperature measured values sensed by the core temperature sensor KTF. More specifically, the control device 4 is configured to calculate the estimated cooking time assuming a proportional increase of a core temperature of the cooking product G with a first-order delay and considering a dead time.
  • the control device 4 is also set up to display at least a calculated estimated remaining cooking time, eg on a display device (not shown) of a control panel 5.
  • the display device may be, for example, a segment display or a screen.
  • FIG. 2 shows, as a plot of a core temperature ⁇ in ° C against a time t in minutes, for a measured time course L1 of the core temperature ⁇ (t) and one according to Eq. (2) calculated, idealized approximation L2.
  • the core temperature ⁇ (t) typically stays below 100 ° C for foods that are not completely dry (such as meat or fish).
  • 3 shows a plot of a cooking time D in minutes against a time t in minutes for two variants D- 1 , D 2 for calculating the cooking time D in comparison to a "true", experimentally determined cooking time D r .
  • the true Gardauer D r is less than 50 minutes, about 48 minutes.
  • the experimentally determined course of D- ⁇ corresponds to the choice of the first reference time t- ⁇ according to Eq. (10), while the experimentally determined course of D 2 the choice of the constant reference time t- ⁇ according to Eq. (1 1) corresponds.
  • the cooking duration D can also be calculated by means of an alternate use of both determinations of the reference time t-1. This can be done, for example, by using D 2 until Di ⁇ D 2 , then only Di.
  • 4 shows a time course over a time in minutes of an exemplary correction factor CR according to Eq. (8th).
  • the correction factor CR is initially zero and then asymptotically approaches unity.
  • the present invention is not limited to the embodiment shown.
  • a number may include exactly the specified number as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.

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Abstract

Ein Haushalts-Gargerät (1) weist einen Garraum (2), eine Datenverbindungseinrichtung (3) zum Herstellen einer Datenverbindung mit einem Kerntemperaturfühler (KTF) und eine Steuereinrichtung (4)auf, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, das Haushalts-Gargerät beruhend auf Temperaturmesswerten des Kerntemperaturfühlers zu steuern,eine Gardauer (D, D1, D2) von Gargut (G) beruhend auf den Temperaturmesswerten zu berechnen und die berechnete Gardauer (D, D1, D2) und/oder eine berechnete Restgardauer anzuzeigen. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, die Gardauer unter Annahme eines proportionalen Anstiegs einer Kerntemperatur (ϑ) des Garguts (G) mit einer Verzögerung erster Ordnung und unter Berücksichtigung einer Totzeit zu berechnen. Ein System weist ein Haushalts-Gargerät und mindestens einen Kerntemperaturfühler auf. Ein Verfahren dient zum Bestimmen einer Gardauer und/oder Restgardauer von Gargut, bei dem die Gardauer und/oder Restgardauer unter Annahme eines proportionalen Anstiegs einer Kerntemperatur des Gargutsmit einer Verzögerung erster Ordnung und unter Berücksichtigung einer Totzeit berechnet wird.Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Backöfen.

Description

Haushalts-Gargerät
Die Erfindung betrifft ein Haushalts-Gargerät, aufweisend einen Garraum, eine Datenver- bindungseinrichtung zum Herstellen einer Datenverbindung mit einem Kerntemperaturfühler und eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Haushalts-Gargerät beruhend auf Temperaturmesswerten des Kerntemperaturfühlers zu steuern, eine voraussichtliche Gardauer von Gargut, in welches der Kerntemperaturfühler eingesteckt ist, beruhend auf Temperaturmesswerten des Kerntemperaturfühlers zu berechnen und die berechnete voraussichtliche Gardauer und/oder eine berechnete voraussichtliche Restgardauer anzuzeigen. Die Erfindung betrifft auch ein System mit einem solchen Haushalts-Gargerät und mit mindestens einem mit der Datenverbindungseinrichtung verbindbaren Kerntemperaturfühler. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Bestimmen einer voraussichtlichen Gardauer und/oder Restgardauer von Gargut. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Backöfen.
DE 10 2007 040 316 A1 offenbart ein Verfahren zur Anzeige einer Restgarzeit während eines Garvorgangs in einem Gargerät mit einem durch eine Tür verschließbaren
Garraum, einer Heizeinrichtung, einer Anzeigeeinrichtung, einer Bedieneinrichtung, einer Speichereinrichtung, einer Steuer- oder Regeleinrichtung und zumindest einer
Sensiereinrichtung, wobei über die Bedieneinrichtung zumindest eine Soll-Gargutgröße und/oder Soll-Gargröße eingestellt werden kann, in deren Abhängigkeit die Restgarzeit bestimmt wird, um dann auf der Anzeigeeinrichtung angezeigt zu werden, wobei in einer ersten Phase des Garvorgangs ein in Abhängigkeit von zumindest einer eingestellten Soll-Gargutgröße und/oder Soll-Gargröße abgeschätzter Maximal- und/ oder Minimalwert der Restgarzeit angezeigt wird, und in zumindest einer weiteren Phase des Garvorgangs eine in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen in der Speichereinrichtung hinterlegten Werten und zumindest einem über die Sensiereinrichtung erfassten Wert zumindest einer Gargutgröße und/oder Gargröße bestimmte Restgarzeit angezeigt wird.
DE 42 17 943 A1 offenbart einen Backofen oder Mikrowellenofen mit einer Temperatursonde zur Erfassung der Temperatur des zu garenden Guts und einer Steuer- und Überwachungsschaltung zur Steuerung der Heizenergie entsprechend einem Kochprogramm und zur Abschaltung der Heizenergie bei Erreichen einer vom Benutzer eingestellten Endkerntemperatur. Dem Benutzer sollen bei einem solchen Backofen Informationen über die Restgardauer zur Verfügung gestellt werden. Hierzu dient eine Anzeigevorrichtung, welche in der Betriebsart temperaturgesteuertes Garen die durch eine Rechnerschaltung in Abhängigkeit von während des Garprozesses gemessenen Kerntemperaturwerten berechnete Restgardauer bzw. den Zeitpunkt, an dem die Endkerntemperatur erreicht wird, anzeigt.
WO 2008/061634 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung einer Restlaufzeit bis zum Ende eines Garvorgangs eines Lebensmittels. Zuerst wird ein Soll-Temperaturwert für einen Kern des Lebensmittels definiert. Als nächstes werden die Ist-Kerntemperaturen im Kern des Lebensmittels zu vorgegebenen Zeitpunkten gemessen und eine zeitliche Abhängigkeit der Ist-Kerntemperatur bestimmt. Die Zeitabhängigkeit der Ist-Temperatur wird dann mit dem Soll-Temperaturwert verglichen und daraus eine Restlaufzeit des Kochpro- zesses abgeschätzt. WO 2008/061634 A1 betrifft ferner eine entsprechende Vorrichtung zur Bestimmung der Restlaufzeit bis zu einem Ende eines Kochvorgangs.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere mit einfachen Mitteln eine Möglich- keit zur besonders frühzeitigen und genauen Ermittlung einer Gardauer mit einem Kerntemperaturfühler bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Haushalts-Gargerät, aufweisend einen Garraum, eine Datenverbindungseinrichtung zumindest zum Herstellen einer Datenverbindung mit einem Kerntemperaturfühler und eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist dazu einge- richtet, das Haushalts-Gargerät beruhend auf Temperaturmesswerten des Kerntemperaturfühlers zu steuern, eine voraussichtliche Gardauer von Gargut, in welches der Kerntemperaturfühler eingesteckt ist, beruhend auf Temperaturmesswerten des Kerntemperaturfühlers zu berechnen und die berechnete Gardauer und/oder eine berechnete Restgardauer anzuzeigen. Die Steuereinrichtung ist außerdem dazu eingerichtet, die Gardauer und/oder die Restgardauer unter Annahme eines proportionalen Anstiegs einer Kerntemperatur des Garguts mit einer Verzögerung erster Ordnung und unter Berücksichtigung einer Totzeit zu berechnen. Dieses Haushalts-Gargerät weist den Vorteil auf, dass mit Fortschreiten des Garvorgangs die Prognose der Gardauer, Restgardauer usw. immer genauer wird. Zudem ist die Gardauer, Restgardauer usw. einfach aus dem Verlauf der Kerntemperatur bestimmbar. Es werden keine Vergleichstabellen oder Referenzkurven benötigt. Das Haushalts-Gargerät kann ein Ofen sein. Der Ofen kann ein eigenständiger Ofen sein oder einen Teil eines Kombinationsgeräts, z.B. eines Herds, sein. Der Ofen kann ein Backofen, ein Mikrowellenofen und/oder ein Dampfgargerät sein. Der Ofen kann z.B. ein Backofen mit einer Mikrowellenfunktionalität und/oder einer Dampfgarfunktionalität sein. Der Garraum dient zur Behandlung von Gargut, z.B. zu dessen Erwärmung oder Erhitzung. Falls das Gargerät ein Ofen ist, kann der Garraum auch als Ofenraum bezeichnet werden.
Die Datenverbindungseinrichtung kann zum Herstellen einer drahtgebundenen Datenver- bindung und/oder einer drahtlosen Datenverbindung eingerichtet sein. Die Datenverbindungseinrichtung kann z.B. einen Kabelanschluss aufweisen. Die Datenverbindungseinrichtung kann auch zur Stromversorgung des Kerntemperaturfühlers eingerichtet sein.
Die Steuereinrichtung ist also dazu eingerichtet, mittels des Kerntemperaturfühlers in zeit- liehen Abständen gemessene (Kern-)Temperaturmesswerte des Kerntemperaturfühlers zu empfangen und dazu zu nutzen, einen Garablauf des Garguts zu steuern.
Dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die voraussichtliche Gardauer des Garguts zu berechnen, kann umfassen, dass dabei alternativ oder zusätzlich mindestens eine aus der Gardauer abgeleitete Zeitgröße berechnet wird, z.B. die voraussichtliche
Restgardauer und/oder ein Garzeitende. Insbesondere die Gardauer und die Restgardauer unterscheiden sich nur um einen linearen Term und lassen sich daher ohne weiteres ineinander umwandeln. So lässt sich die Restgardauer als Differenz aus der berechneten Gardauer und der bisher vergangenen Zeitdauer des Garvorgangs bestimmen. Die Zeitgrößen, insbesondere die Gardauer und die Restgardauer, können im Folgenden auch synonym gebraucht werden, falls nicht konkret etwas anderes gemeint ist.
Das Einrichten der Steuereinrichtung kann eine entsprechende Programmierung der Steuereinrichtung umfassen.
Der proportionale Anstieg der Kerntemperatur des Garguts mit einer Verzögerung erster Ordnung unter Berücksichtigung einer Totzeit ist analog zu einem zeitlichen Verhalten eines aus der der Regelungstechnik bekannten PT1 -Glieds mit Totzeitglied.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die voraussichtliche Gardauer proportional zu einem ersten Term MT gemäß Gl. (1 ):
Figure imgf000006_0001
zu berechnen, wobei D die voraussichtliche Gardauer, t eine aktuelle Zeit seit Beginn des Garablaufs, t-ι ein gewählter ("Referenz-") Zeitpunkt für die Berechnung der voraussichtlichen Gardauer D, d(t) eine aktuelle Kerntemperatur, θ-ι die Kerntemperatur zum Referenzzeitpunkt t-ι, ^Ende eine "asymptotische" Kerntemperatur in einem Endzustand des Garguts nach langer Zeit und dSo\\ eine Solltemperatur des Garguts ist. Eine solche Berechnung der Gardauer D ist besonders einfach durchführbar und benötigt im einfachsten Fall nur die aktuelle Garzeit t die aktuelle Kerntemperatur 0(t) als Variablen.
Der Referenzzeitpunkt t-ι wird insbesondere automatisch von dem Haushalts-Gargerät gewählt oder festgelegt.
Die asymptotische Kerntemperatur 0Ende entspricht einem Endwert der Kerntemperatur d(t), die sich theoretisch der Kerntemperatur 0Ende als ihrem Grenzwert asymptotisch annähert. Die Beziehung nach Gl. (1 ) lässt sich dadurch ableiten, dass angenommen wird, dass der Anstieg der Kerntemperatur d(t) in einem Garraum gemäß Gl. (2):
0(t) = ( 1 - e τ )■ Ende
verläuft, was einem Verlauf einer Sprungantwort eines PT1 -Gliedes mit Totzeit sehr nahe kommt. Dabei sind Tte eine Totzeit und Te eine Zeitkonstante. Dies lässt sich gemäß Gl. (3) umstellen zu
&Soll
D = TtP - TieP ■■ m In \ 1i - - . ,
VEnde ' wenn mit Erreichen der Solltemperatur des Garguts d{i) = dSo\\ und t = D gilt. Die Zeitkonstante Te lässt sich gemäß Gl. (4) ausdrücken als t - t
Te =
jn . ^Ende 1
^Ende ~ während sich die Totzeit Tte gemäß Gl. (5) ausdrücken lässt als
Tte = Te - ln 1 - ϋ Ende
Die Zeitkonstante Te und die Totzeit Tte lassen sich für jeden Messzeitpunkt laufend ermitteln. Die Zusammenfassung der Gl. (3) bis (5) ergibt Gl. (1 ).
Es ist eine Weiterbildung, dass die voraussichtliche Gardauer D gemäß Gl. (6):
Figure imgf000007_0001
berechnet wird, also D = MT gilt.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die voraussichtliche Gardauer proportional zu dem ersten Term MT und einem zweiten Term (Korrekturfaktor) CR gemäß Gl. (7):
D ~ MT - CR = t! + (t - tt)■
Figure imgf000008_0001
\flEnde - W) zu berechnen, wobei A ein wählbarer oder vorgegebener Parameter ist. Diese Ausgestaltung ergibt den Vorteil, dass mittels des Korrekturfaktors CR (t) nach Gl. (8):
CR(t) = 1 - A anfänglich zu große Prognosewerte der voraussichtlichen Gardauer korrigierbar sind. Anfänglich große Prognosewerte der voraussichtlichen Gardauer D werden reduziert, während spätere Prognosewerte nicht oder nicht merklich verändert werden. Der Parameter A gibt dabei an, zu welchem Zeitpunkt der Korrekturfaktor CR den Wert nach Gl. (9):
CR(Ä) = 1 - e'1 = 0,632 annimmt.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Parameter A von der Soll-Kerntemperatur dSo\\ abhängig ist, also A = A (θδ0ιι) gilt, wobei vorteilhafterweise hohe Soll-Kerntemperaturen
Figure imgf000008_0002
einen großen Wert von A und kleine Soll-Kerntemperaturen dSo\\ einen kleinen Wert von A ergeben. Die Abhängigkeit von A von der Soll-Kerntemperatur dSo\\ kann beispielsweise in Form entsprechender Kennlinien, Tabellen usw. in dem Haushalts-Gargerät hinterlegt sein. Der Parameter A kann zusätzlich oder alternativ von einem gewählten Garprogramm und/oder Gargut abhängig sein und durch die Steuereinrichtung automatisch eingestellt werden. Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass der Referenzzeitpunkt t-ι, der für die der Berechnung der Gardauer D benötigt wird, gemäß Gl. (10) t = t - At gewählt wird, wobei At einer fest vorgegebenen Zeitdauer ("Zeitfenster") entspricht, z.B. 1 min, 2 min, 5 min usw. Die Abstandszeitdauer ist grundsätzlich beliebig. Sie kann während eines Garablaufs konstant gehalten oder variiert werden. Wird der Referenzzeitpunkt t-ι gemäß Gl. (10) gewählt, gehen in die Gardauer D die aktuelle Garzeit t, die aktuelle Kerntemperatur 0(t), der Referenzzeitpunkt t1 und die vor At gemessene Kerntemperatur ein. Die Gardauer D kann z.B. in Abständen von At berechnet werden. Der Referenzzeitpunkt t1 bewegt sich dabei mit, d.h., dass mit jeder zeitlich versetzten Berechnung ein neuer Wert von t1 verwendet wird. Das Zeitfenster At bleibt also gleich groß und wandert mit t mit.
Die Verzögerungszeitdauer At kann von der Soll-Kerntemperatur dSo\\ abhängig sein. Diese kann beispielsweise in Form entsprechender Kennlinien, Tabellen usw. in dem Haus- halts-Gargerät hinterlegt sein. Das Zeitfenster At kann von einem gewählten Garprogramm und/oder Gargut abhängig sein und durch die Steuereinrichtung automatisch ein- gestellt werden.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der Referenzzeitpunkt t-ι gemäß Gl. (1 1 ) = (Δ0) gewählt wird, wobei Δθ einer fest vorgegebenen Temperaturdifferenz seit Beginn des
Garvorgangs entspricht. Der Referenzzeitpunkt t-ι bleibt also für einen Garablauf konstant. Dadurch wird das Zeitfenster ti =t - At im Laufe des Garvorgangs linear mit t größer.
Die Temperaturdifferenz Δθ kann beispielsweise einige Kelvin betragen, z.B. 3 K. Die Temperaturdifferenz Δθ kann von einem gewählten Garprogramm und/oder Gargut abhängig sein und durch die Steuereinrichtung automatisch eingestellt werden. Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der Endwert Ende der Kerntemperatur auf 100°C festgesetzt wird bzw. Ende = 100 °C gilt. Dies kann eine Berechnung noch weiter vereinfachen. Bei dieser Ausgestaltung wird die Annahme getroffen, dass dann, wenn die Kerntemperatur θ in einem Gargut 100°C erreicht wird, dort kein Wasser mehr vorhanden ist (welches bei Anwesenheit durch Verdampfung die Temperatur unter 100°C hält) und das Lebensmittel spätestens dann gar sein müsste.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass der Endwert Ende der Kerntemperatur gemäß Gl. (12) durch ende = Min (100°C; TSOII) bestimmt wird, wobei TSOII der von einem Nutzer eingestellten Solltemperatur des
Garraums entspricht. Dies ergibt den Vorteil, dass auch Niedrigtemperatur-Garvorgänge mit hoher Genauigkeit berücksichtigt werden können.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, ein Anzeigen der voraussichtlichen Gardauer und/oder der voraussichtlichen Restgardauer zu unterdrücken bzw. nicht anzuzeigen, wenn für die z.B. nach Gl. (4) bestimmbare Zeitkon- stante Te < 0 gilt. Dies ergibt den Vorteil, dass zu Beginn des Garablaufs, in denen Te negative Werte annehmen kann, keine negative Gardauer angezeigt wird. Denn anfänglich kann es vorkommen, dass der Verlauf der Kerntemperatur der Sprungantwort eines PT1 - Gliedes noch nicht ausreichend ähnlich ist. In anderen Worten kann durch die Überprüfung, ob Te < 0 gilt, eine Plausibilitätsbedingung eingeführt werden, die einen Anhalts- punkt dafür gibt, ob der tatsächliche Verlauf der Kerntemperatur sich bereits sinnvoll durch oben beschriebene funktionale Annäherung beschreiben lässt.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die voraussichtliche Gardauer und/oder die voraussichtliche Restgardauer beruhend auf Temperaturmesswerten mehrerer Temperatursensoren des Kerntemperaturfühlers zu berechnen.
Es ist eine Weiterbildung, dass aus der Gardauer D eine voraussichtliche Restdauer RD gemäß Gl. (13) als RD = D - 1 berechnet wird. Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein System, aufweisend ein Haushalts-Gargerät wie oben beschrieben und mindestens einen mit der Datenverbindungseinrichtung
verbindbaren Kerntemperaturfühler. Das System kann analog zu dem Haushalts-Gargerät ausgebildet werden und weist die gleichen Vorteile auf.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen einer voraussichtlichen Gardauer und/oder Restgardauer von Gargut, bei dem die voraussichtliche Gardauer und/oder Restgardauer unter Annahme eines proportionalen Anstiegs einer Kerntemperatur des Garguts mit einer Verzögerung erster Ordnung und unter Berücksichtigung einer Totzeit berechnet wird. Das Verfahren kann analog zu dem Haushalts- Gargerät und zu dem System ausgebildet werden und weist die gleichen Vorteile auf.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.
Fig.1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Haushalts-Gargerät;
Fig.2 zeigt eine Auftragung einer Kerntemperatur in °C gegen eine Zeit in Minuten für einen gemessenen zeitlichen Verlauf der Kerntemperatur und einen nach
Gl. (2) berechneten Näherungsverlauf;
Fig.3 zeigt als Auftragung einer Gardauer in Minuten gegen eine Zeit in Minuten für zwei Varianten zur Berechnung der Gardauer im Vergleich zu einer wahren
Gardauer;
Fig.4 zeigt einen Zeitverlauf über eine Zeit in Minuten eines beispielhaften Korrekturfaktors CR nach Gl. (8).
Fig.1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Haushalts- Gargerät in Form eines Backofens 1. Der Backofen 1 weist einen Garraum 2, eine Datenverbindungseinrichtung 3 zumindest zum Herstellen einer Datenverbindung mit einem Kerntemperaturfühler KTF und eine Steuereinrichtung 4 auf. Die Datenverbindungsein- richtung 3 kann z.B. ein Steckverbindungselement zum Einstecken eines Kabels K des Kerntemperaturfühlers KTF sein.
Der Kerntemperaturfühlers KTF kann über das Kabel K (Kern-)Temperaturmesswerte auf den Backofen 1 übertragen, insbesondere an die mit der Datenverbindungseinrichtung 3 verbundene Steuereinrichtung 4. Der Backofen 1 kann den Kerntemperaturfühler KTF optional über das Kabel K mit Strom versorgen. Der Kerntemperaturfühlers KTF kann einen oder mehrere Temperatursensoren aufweisen. Die Steuereinrichtung 4 ist dazu eingerichtet, den Backofen 1 beruhend auf den Temperaturmesswerten des Kerntemperaturfühlers KTF zu steuern, wie durch den breiten Pfeil angedeutet, z.B. Heizelemente zum Erwärmen des Garraums 2 entsprechend zu aktivieren. Die Steuereinrichtung 4 ist zudem dazu eingerichtet, eine voraussichtliche Gardauer und/oder eine voraussichtliche Restgardauer von Gargut G, in welches der Kerntemperaturfühler KTF wie angedeutet eingesteckt ist, beruhend auf den von dem Kerntemperaturfühler KTF abgefühlten Temperaturmesswerten zu berechnen. Genauer gesagt ist die Steuereinrichtung 4 dazu eingerichtet, die voraussichtliche Gardauer unter Annahme ei- nes proportionalen Anstiegs einer Kerntemperatur des Garguts G mit einer Verzögerung erster Ordnung und unter Berücksichtigung einer Totzeit zu berechnen.
Die Steuereinrichtung 4 ist außerdem dazu eingerichtet, zumindest berechnete voraussichtliche Restgardauer anzuzeigen, z.B. auf einer Anzeigevorrichtung (o. Abb.) einer Bedienblende 5. Die Anzeigevorrichtung kann z.B. eine Segmentanzeige oder ein Bildschirm sein. Bei einem Zubereiten von Gargut G mit dem Kerntemperaturfühler KTF kann der Benutzer eine Soll-Kerntemperatur θδ0ιι an der Bedienblende 5 einstellen. Sobald das Gargut G diese Soll-Kerntemperatur θδ0ιι erreicht hat, wird der Garvorgang durch die Steuereinrichtung 4 beendet.
Fig.2 zeigt als Auftragung einer Kerntemperatur θ in °C gegen eine Zeit t in Minuten für einen gemessenen zeitlichen Verlauf L1 der Kerntemperatur θ (t) und einen nach Gl. (2) berechneten, idealisierten Näherungsverlauf L2. Der Garvorgang wird zu einem Zeitpunkt t = 0 gestartet. Der gemessenen zeitliche Verlauf L1 der Kerntemperatur θ (t) weist in ei- nem anfänglichen - hier: bis ca. = 30 min dauernden - Abschnitt eine Form auf, die nicht sinnvoll durch Gl. (2) annäherbar ist. Der Grund hierfür liegt in der Zeitdauer, die Wärme braucht, um von einer Oberfläche des Garguts G zu dessen Kern vorzudringen. Ohne Vorheizen wird zudem noch Zeit zum Aufwärmen des Garraums benötigt. Ab dem Zeitpunkt t-ι entspricht die Annahme nach Gl. (2) jedoch gut dem tatsächlichen Verlauf der Kerntemperatur θ (t). Somit kann die Berechnung der voraussichtlichen Gardauer D ab t-i besonders zuverlässig und genau durchgeführt werden. Die Kerntemperatur θ (t) bleibt für nicht vollständig trockene Speisen (wie Fleisch oder Fisch) typischerweise unter 100 °C. Fig.3 zeigt eine Auftragung einer Gardauer D in Minuten gegen eine Zeit t in Minuten für zwei Varianten D-ι , D2 zur Berechnung der Gardauer D im Vergleich zu einer "wahren", experimentell bestimmten Gardauer Dr. Die wahre Gardauer Dr beträgt hier etwas weniger als 50 Minuten, nämlich ca. 48 Minuten. Der experimentell ermittelte Verlauf von D-ι entspricht der Wahl des ersten Referenzzeitpunkts t-ι gemäß Gl. (10), während der experi- mentell ermittelte Verlauf von D2 der Wahl des konstanten Referenzzeitpunkts t-ι gemäß Gl. (1 1 ) entspricht.
Anfänglich liefern beide Gardauern D-ι , D2 zu große Dauern. Dabei ist anfänglich (ab dem eingezeichneten Referenzzeitpunkt t-ι = ca. 1 1 min) D1 deutlich höher als D2, ab ca. t = 15 min aber näher an der wahren Gardauer Dr. Die Prognosen gemäß den Verläufen von D-i und D2 werden aber immer genauer und treffen die wahre Gardauer Dr im weiteren Verlauf genau.
Allgemein kann die Gardauer D auch mittels einer wechselweisen Nutzung beider Be- Stimmungen des Referenzzeitpunkts t-ι berechnet werden. Dies kann z.B. dadurch geschehen, dass D2 verwendet wird, bis Di < D2 gilt, dann nur noch Di . Alternativ kann D für beide Varianten nach Gl. (10) und Gl. (1 1 ) berechnet werden und als angezeigter Wert der kleinste Wert beider Varianten verwendet werden. Fig.4 zeigt einen Zeitverlauf über eine Zeit in Minuten eines beispielhaften Korrekturfaktors CR nach Gl. (8). Der Korrekturfaktor CR beträgt anfänglich Null und nähert sich dann asymptotisch dem Wert Eins an. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste
1 Backofen
2 Garraum
3 Datenverbindungseinrichtung
4 Steuereinrichtung
5 Bedienblende
K Kabel
CR Korrekturfaktor
D Gardauer
Dr Wahre Gardauer
Di Verlauf einer berechneten Gardauer gemäß einer ersten Variante
D2 Verlauf einer berechneten Gardauer gemäß einer zweiten Variante
L1 Zeitlicher Verlauf der Kerntemperatur
L2 Näherungsverlauf der Kerntemperatur
G Gargut
KTF Kerntemperaturfühler
t Zeitdauer seit Beginn des Garablaufs
t1 Referenzzeitpunkt
Q Kerntemperatur

Claims

Patentansprüche
Haushalts-Gargerat (1 ), aufweisend einen Garraum
(2), eine Datenverbindungseinrichtung (3) zum Herstellen einer Datenverbindung mit einem Kerntemperaturfühler (KTF) und eine Steuereinrichtung (4), die dazu eingerichtet ist,
das Haushalts-Gargerat (1 ) beruhend auf Temperaturmesswerten des Kerntemperaturfühlers (KTF) zu steuern,
eine Gardauer (D, D^ D2) von Gargut (G) beruhend auf den Temperaturmesswerten zu berechnen und
die berechnete Gardauer (D, D^ D2) und/oder eine berechnete Restgardauer anzuzeigen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die Gardauer (D, D-ι, D2) unter Annahme eines proportionalen Anstiegs einer Kerntemperatur (θ) des Garguts (G) mit einer Verzögerung erster Ordnung und unter Berücksichtigung einer Totzeit zu berechnen.
Haushalts-Gargerat (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die Gardauer (D, D-ι, D2) proportional zu einem ersten Term gemäß
Figure imgf000016_0001
^Ende ~ zu berechnen, wobei
D die voraussichtliche Gardauer,
t eine aktuelle Zeit seit Beginns des Garablaufs,
t-ι ein Referenzzeitpunkt der Berechnung der voraussichtlichen Gardauer, d(t) eine aktuelle Kerntemperatur,
θι die Kerntemperatur zum Referenzzeitpunkt t-i ,
Ende eine "asymptotische" Kerntemperatur in einem Endzustand des Garguts und θβοΐι eine Solltemperatur des Garguts ist.
3. Haushalts-Gargerat (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die Gardauer (D, D-ι , D2) proportional zu dem ersten Term und einem zweiten Term (CR) gemäß
Figure imgf000017_0001
zu berechnen, wobei A ein wählbarer Parameter ist.
Haushalts-Gargerät (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzzeitpunkt (t-i )
ist, wobei At einer fest vorgegebenen Zeitdauer entspricht.
Haushalts-Gargerät (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzzeitpunkt (t-i )
ist, wobei Δθ einer fest vorgegebenen Temperaturdifferenz seit Beginn des Garvorgangs entspricht.
Haushalts-Gargerät (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass £Ende = 100°C gilt.
Haushalts-Gargerät (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass 0Ende = Min (100°C; TSOII) mit TSOII einer Solltemperatur des Garraums (2) gilt. Haushalts-Gargerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, ein Anzeigen der voraussichtlichen Gardauer (D, D-ι, D2) und/oder der voraussichtlichen Restgardauer zu unterdrücken, wenn für eine Zeitkonstante
^Ende ~ gilt.
Haushalts-Gargerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die voraussichtliche Gardauer (D, D-ι, D2) und/oder die voraussichtliche Restgardauer beruhend auf Temperaturmesswerten mehrerer Temperatursensoren des Kerntemperaturfühlers (KTF) zu berechnen.
System (1 , KTF), aufweisend ein Haushalts-Gargerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mindestens einen mit der Datenverbindungseinrichtung (3) verbindbaren Kerntemperaturfühler (KTF).
Verfahren zum Bestimmen einer voraussichtlichen Gardauer (D, D-ι, D2) und/oder Restgardauer von Gargut (G), bei dem die Gardauer (D, D2) und/oder Restgardauer unter Annahme eines proportionalen Anstiegs einer Kerntemperatur (θ) des Garguts (G) mit einer Verzögerung erster Ordnung und unter Berücksichtigung einer Totzeit berechnet wird.
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