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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zur Feuchtemessung bei der Zubereitung eines Garguts in einem Gargerät wie beispielsweise einem Backofen odgl., sowie eine entsprechende Vorrichtung.
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Es ist aus der
DE-A-10353299 bekannt, dass Gewicht und Feuchtigkeit eines Gargutes korreliert sind. Zur Erfassung der Feuchtigkeit kann ein Feuchtesensor in einem Backofen eingesetzt werden. Damit sollen Rückschlüsse auf den Garzustand eines in dem Backofen befindlichen Gargutes möglich sein, beispielsweise eines Kuchens oder eines Auflaufs. Hierbei ist es jedoch zumindest schwierig, aus dem Feuchtgehalt der Luft in dem Backofen bzw. des Backofen-Wrasens ausreichend genaue Rückschlüsse auf den Zustand des in der Backofenmuffel befindlichen Gargutes zu schließen.
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Alternative Ansätze sind in der
DE-A-10340146 beschrieben. Dort wird mittels eines allgemeinen Gassensors ermittelt, welche Gase gerade in welcher Konzentration vorhanden sind. Aus bekannten Verläufen der erkannten Gase über der Zeit kann auf den Zustand eines Gargutes sowie auch auf dessen Art geschlossen werden. So kann zumindest theoretisch ein weitgehend automatisiertes Backen oder Garen erfolgen.
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Aus der
DE-C-2622308 geht ein Verfahren zum Betrieb eines Mikrowellenofens hervor, bei dem Taktimpulse verwendet werden, die zum Hochzählen oder zum Niederzählen dienen, also zur Bestimmung des Ablaufs einer bestimmten Zeit. Außerdem ist ein Feuchtigkeitsfühler vorgesehen für die Luft im Garraum. Die Leistung des Mikrowellenofens nimmt in einer ersten Zeitspanne einen anderen Wert an als in einer zweiten Zeitspanne, wobei die zweite Zeitspanne dann beginnt, wenn die abgetastete Feuchtigkeit einen vorgegebenen Feuchtigkeitswert erreicht hat.
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Aus der
DE-A-4319201 geht allgemein ein Verfahren hervor, wie bei einem Gerät für die Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln die benötigte Energiemenge bestimmt werden kann. Dazu werden in einem Behandlungsraum des Geräts zwei Temperaturfühler angeordnet, einer in einer Aufheizzone und einer im Garraum. Aus der Temperaturdifferenz kann festgestellt werden, welche Energiemenge von einer Heizeinrichtung an eingeblasene Luft übertragen wird und welche Energiemenge im Garraum von Luft an das Nahrungsmittel abgegeben worden ist.
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Aus der
GB-A-2255205 geht ein Verfahren zum Kochen von Reis in einem Mikrowellenofen hervor. Dabei wird die Feuchte in dem Mikrowellenofen gemessen. Während des Verfahrens wird mit unterschiedlichen Leistungsniveaus gearbeitet.
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Aufgabe und Lösung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein eingangs genanntes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, durch die eine erweiterte Verwendung der Messwerte oder Kontrolle der Messwerte eines Feuchtesensors möglich ist, wobei der Feuchtesensor unter Umständen sogar ersetzt werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden naher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Einige Merkmale gelten sowohl für das Verfahren als auch für die Vorrichtung. Sie werden im folgenden teilweise nur einmal erläutert, können jedoch unabhängig voneinander sowohl für Verfahren als auch Vorrichtung gelten.
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Das Gargerät, das beispielsweise ein Backofen oder ein Dampfgarer sein kann, weist eine Heizeinrichtung mit taktendem und thermostatischem Betrieb auf, zumindest im Dauerbetrieb bzw. nach einer Vorwärmzeit. Insbesondere kann dazu durch eine Leistungs- und/oder Temperaturvorwahl der thermostatische Betriebspunkt vorgegeben werden. Erfindungsgemäß wird die Dauer der EIN- und/oder AUS-Zeiten des taktenden Betriebes der Heizeinrichtung bzw. ihr Verhältnis zueinander ausgewertet, um daraus die Feuchtigkeit bzw. den Feuchtegehalt im Gargerät bzw. Backofen oder im Wrasen zu bestimmen. Dazu wird vorteilhaft die vorgewählte Temperatur einbezogen. Ein derartiger taktender Betrieb ist beispielsweise in der
DE-A-2438974 beschrieben.
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Im Rahmen der Erfindung ist festgestellt worden, dass ein Gargerät bzw. ein Backofen bzw. deren thermischer Schwerpunkt theoretisch als eine Art energetischer Knoten betrachtet werden kann. Dieser steht mit anderen energetischen Knoten bzw. seiner Umgebung in Verbindung, insbesondere Backofenwänden odgl.. Die Heizeinrichtung bzw. Beheizung kann als unendliche thermische Quelle arbeiten bzw. angesehen werden. Ein Wrasenkanal an einem Gargerät wie den genannten ist eine thermische Senke, die durch Abzug des Backwrasens dem System des gesamten Gargeräts thermische Energie entzieht. Des weiteren gibt es noch thermische Verluste an den Wandungen und an der Tür des Backofens. Diese sind konstruktionsbedingt zwar reduzierbar, aber nicht zu vermeiden. Gleichzeitig sind sie jedoch bekannt und quantifizierbar, insbesondere durch baureihen- oder gerätespezifische Messungen. Wird nun ein zuzubereitendes Nahrungsmittel bzw. Gargut in einen Backofen eingebracht, welches üblicherweise Wasser bzw. Feuchtigkeit enthält, verändert sich seine Zusammensetzung im warmen bzw. heißen Backofen und Feuchtigkeit wird abgegeben bzw. in den Backofen hinein verdampft. Der physikalische bzw. chemische Vorgang, der dabei energetisch den größten Anteil hat, besteht darin, dass im wesentlichen die Feuchtigkeit des Nahrungsmittels an die Umgebungsluft abgegeben wird und über den Backwrasen aus dem Backofen herausgeführt wird.
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Feuchtigkeit in Gasform ist auf einem höheren energetischen Niveau als in flüssiger Form. In dem Maß, in dem durch das Aufheizen des Nahrungsmittels die Feuchtigkeit verdampft, ändert sich die thermische Kapazität des Nahrungsmittels. Dies wiederum wirkt sich auf die Temperatur des thermischen Schwerpunkts des Backofens aus und kann von dessen Steuerung dadurch erfasst werden, dass mehr thermische Energie benötigt wird. Das Nahrungsmittel nimmt nämlich vermehrt thermische Energie auf, um durch Erhitzung die enthaltene Feuchtigkeit zu verdampfen. Die in der verdampften Feuchtigkeit enthaltene gebundene Energie wird durch die Heizeinrichtung des Backofens nachgeschoben, also durch erhöhte Heizleistung im Vergleich zu dem Zustand, wenn keine Feuchte zu verdampfen ist. Somit wird sich bei der taktenden Heizeinrichtung die insgesamt verbrauchte Heizleistung erhöhen bzw. werden sich die EIN-Zeiten verlängern im Vergleich zu den AUS-Zeiten.
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Bewegt sich das Nahrungsmittel im zeitlichen Verlauf auf die Endtemperatur zu, so nimmt die Menge an enthaltener und verdampfter Feuchtigkeit ab. Damit wird auch weniger thermische Energie im Nahrungsmittel und im Dampf in dem Backofen gebunden, die Heizeinrichtung des Backofens muss also weniger Heizleistung erzeugen bzw. nachschieben. Also wird sich hier wiederum das vorgenannte Taktverhältnis so verändern, dass die AUS-Zeiten länger werden. Damit kann über Beobachtung des Taktverhaltens bei einer taktenden Heizeinrichtung bzw. allgemein über die Erfassung der eingebrachten Heizleistung über der Zeit ein Rückschluss auf den Feuchtegehalt in dem Backofen bzw. den Garzustand eines darin enthaltenen Nahrungsmittels geschlossen werden. Ist ein Feuchtesensor für einen ähnlichen Zweck in dem Backofen vorhanden, so können dessen Messwerte kontrolliert oder korrigiert werden. Alternativ kann ein Feuchtesensor dadurch auch ersetzt werden, sodass er überhaupt nicht benötigt wird.
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Allgemein kann mit der Erfindung nicht nur eine taktende Heizeinrichtung, sondern jede Heizeinrichtung verwendet werden, wenn sich deren Leistungserzeugung über der Zeit erfassen und auswerten lässt. Mit besonderem Vorteil werden jedoch bekannte Backofenheizungen verwendet, wie sie beispielsweise aus der
DE-A-2438974 bekannt sind. Die thermostatische Regelung der Backofenheizung kann auch daraus entnommen werden.
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In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es möglich sein, ein Gargut oder dessen Zustand in dem Gargerät zu bestimmen. Damit oder alternativ kann eine Art automatische Gargutzubereitung erreicht werden. Es kann auch vorteilhaft sein, die Art des Nahrungsmittels, insbesondere auch dessen Menge, in eine Steuerung des Backofens einzugeben, damit diese Information für eine bessere und genauere Auswertung der Messwerte vorhanden ist. Alternativ zu einer direkten manuellen Eingabe kann auch eine weitgehend automatische Erkennung stattfinden. Beispielsweise ist daraus eine verbesserte und genauere Korrelation zwischen Taktverhältnis des Betriebes der Beheizung und dem Feuchtegehalt möglich, da insbesondere die Steuerung sozusagen weiß, welches zeitliche Verhalten des Feuchtegehaltes im Backofen zu erwarten ist.
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Des weiteren ist es möglich, die durch Auswerten der EIN- und/oder AUS-Zeiten der Heizeinrichtung gewonnenen Messwerte, stellvertretend für den Feuchtegehalt, mit Messwerten eines anderen Sensors zu korrelieren bzw. zu verknüpfen. Vorteilhaft ist dies ein vorgenannter Feuchtesensor. Dabei kann eine Plausibilitätsprüfung vorgenommen werden, um die Genauigkeit der Messwertbestimmung zu erhöhen bzw. vor allem um den Ablauf von Kochprogrammen zu verbessern. Ebenso können so der Feuchtesensor bzw. seine Messergebnisse überprüft werden.
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Vorteilhaft wird mit dem Auswerten der EIN- und/oder AUS-Zeiten der Heizeinrichtung eine gewisse Zeit nach dem Einschalten des Backofens gewartet, beispielsweise mindestens 5 oder 10 Minuten. So kann der Anfang der Betriebszeit des Backofens bzw. des Zubereitungsvorganges, zu dem der Backofen vor allem noch in der Aufwärmphase ist, ausgeblendet werden. Während dieser Zeit geben die Taktzeiten bzw. das Taktverhältnis noch keine oder kaum verwertbare Informationen über den Feuchtegehalt im Backofen oder sonstige Vorgänge im Backofen. Insbesondere wird mit dem Auswerten so lange gewartet, bis der Backofen die gewählte Vorheiztemperatur erreicht hat. Dies kann an der erfolgenden Änderung bzw. dem Einsetzen des Taktens der Heizeinrichtung erkannt werden. Wegen der eingangs genannten und sich zeitlich auch ändernden Verdampfung von Feuchtigkeit aus dem Nahrungsmittel in den Backofen hinein ergibt sich in diesem Sinn kein völlig stabiler eingeschwungener Zustand, der unveränderlich wäre. Dennoch kann das Taktverhalten der Heizeinrichtung während des Zeitraums eine gewisse Zeit nach dem Aufheizen des Backofens im Vergleich zu der Aufheizzeit als eingeschwungen angesehen werden bzw. durch den deutlichen Unterschied kann der Beginn dieser Zeit relativ eindeutig festgestellt werden.
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Anstelle der Kontrolle eines Feuchtesensors können auch Gewichtsensoren kontrolliert werden, wie sie beispielsweise ähnlich in der
DE-A 10353299 beschrieben sind für ein Kochfeld. Die Gewichtsensoren können hier dann die Gewichtsabnahme eines Nahrungsmittels in einem Gargerät durch dessen Erhitzung bzw. Änderung der chemischen Zusammensetzung messen, insbesondere auch durch das Verdampfen von enthaltener Feuchtigkeit.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, den Verlauf der Feuchtigkeit über der Zeit aufzuzeichnen und daraus auf die Gewichtsabnahme des Gargutes zu schließen. Dabei kann die Menge an austretender Feuchtigkeit in deren Gewicht umgerechnet werden, welches zwangsläufig dem Gargut entzogen worden ist. Somit ergeben sich auch hieraus die Möglichkeiten, die in der oben genannten
DE-A-10353299 beschrieben sind. Beispielsweise können auch aufgrund dieser Gewinnung von Informationen Kochprogramme durchgeführt werden.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in Zwischen-Überschriften und einzelne Abschnitte beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbezeichnung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Funktionsansicht eines Backofens mit einem Gargut darin und
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2 bis 4 verschiedene Diagramme der Korrelation zwischen den Dauern der AUS-Zeiten der Heizeinrichtung und des Feuchtegehalts über der Zeit.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In
1 ist ein im wesentlichen bekannter Backofen
11 dargestellt. Er weist eine Muffel
12 bzw. einen Innenraum auf mit einem darin platzierten Gargut
13, beispielsweise ein Kuchen in einer entsprechenden Kuchenform. Verschiedene Kuchen werden nachfolgend noch genauer erläutert. Die Muffel
12 ist auf bekannte Art und Weise über eine Backofentür
14 zugänglich. Des weiteren weist der Backofen
11 einen Unterhitze-Heizkörper
16 und einen Oberhitze-Heizkörper
17 auf sowie einen Ventilator
18 für Heißluftbetrieb, welche jeweils mit einer Steuerung
20 verbunden sind. Des weiteren ist mit der Steuerung
20 ein Temperatursensor
24 verbunden. Entweder ist dies ein elektronischer bzw. elektrischer Temperatursensor, der ein Temperatursignal liefert, welches von der Steuerung
20 ausgewertet wird und in einen Temperaturwert übersetzt wird. Anhand dessen kann dann ein üblicherweise thermostatisch ablaufender Betrieb des Backofens
11 eingestellt werden, beispielsweise bei einer durch eine Bedienperson vorgegebenen Temperatur wie z. B. 180°C. Alternativ kann der Temperatursensor
24 ein thermomechanischer Sensor und gleichzeitig Regler sei, der nach entsprechender Vorgabe eine thermostatische Regelung der Heizleistung bewirkt und so die Heizleistung über den Unterhitze- und/oder Oberhitze-Heizkörper
16 bzw.
17 direkt regelt, ohne separate Leistungssteuermittel für diese. Ein derartiger thermomechanischer Temperaturregler ist beispielsweise aus der
DE-A-2438974 bekannt. Derartige Temperaturregler sind auch als Kapillarrohrregler bekannt.
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Des weiteren ist ein Feuchtesensor 26 vorgesehen, beispielsweise kurz vor oder nahe an einem Wrasenkanal 22, durch den der Wrasen aus dem Backofen 11 abgeführt wird. Dieser Feuchtesensor 26 kann entweder standardmäßig in dem Backofen 11 eingebaut sein, beispielsweise zur besseren Überwachung des Backablaufs des Gargutes 13 bzw. zur Realisierung einer Art automatischen Backens mit einem automatischen Backprogramm. Alternativ können bei Ausbildung gemäß einem Aspekt der Erfindung durch die Überwachung der Takt-Zeiten der Backofen-Beheizung 16 bzw. 17 die gleichen Werte erhalten werden wie durch den Feuchtesensor 26, wie zuvor beschrieben. So kann der Feuchtesensor 26 für den standardmäßigen Betrieb entfallen. In diesem Fall ist er in dem Backofen 11 nach 1 eingezeichnet, vor allem um zu veranschaulichen, wie die Vergleichswerte für den tatsächlich vorherrschenden Feuchtegehalt gemäß der 2 bis 4 ermittelt werden.
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In 2 ist ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Feuchtesignals bei einem Backen einer Biskuit-Torte dargestellt, also eines Kuchens mit signifikantem Feuchtegehalt. Aufgezeichnet ist zum einen als durchgezogene Linie die mit dem Feuchtesensor 26 tatsächlich erfasste Feuchte in der Muffel 12. Eine Dimensionierung der senkrechten Achse ist hier nicht angegeben und für die Erfindung bzw. ihr Verständnis auch nicht notwendig. Gestrichelt dargestellt ist der Verlauf der AUS-Zeiten TAUS des taktenden Betriebs einer oder beider Heizeinrichtungen 16 oder 17.
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Aus den beiden Verläufen gemäß 2 ist zu erkennen, dass zu Beginn des Heizbetriebes noch keine verlässlich auswertbaren Daten vorliegen. Des weiteren ist dies, wie zuvor erläutert worden ist, auch nicht notwendig, da ein Ende eines Kochprogramms zu einem derart frühen Stadium üblicherweise nicht vorgesehen bzw. gewünscht ist.
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Der quasi Einbrauch in dem Verlauf der AUS-Zeit TAUS zwischen 500 und 1000 Sekunden rührt daher, dass die Backofentür 14 geöffnet worden ist, beispielsweise um den Kuchen zu drehen oder nachzusehen. Der Rückgang der AUS-Zeit bedeutet eine Zunahme der EIN-Zeit für eine erhöhte Heizleistung, ist also plausibel.
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Im Verlauf insbesondere ab 1000 Sekunden Backdauer kann erkannt werden, wie eine gewisse Korrelation bzw. eine grobe Ähnlichkeit des Verlaufs sowohl des Feuchtegehalts F als auch der AUS-Zeiten TAUS vorliegt. Nach etwa 30 Minuten kann bei einer Biskuit-Torte davon ausgegangen werden, dass sie zumindest nahezu fertig ist. Insofern ist auch zu erkennen, wie in diesem zeitlichen Bereich die Korrelation zwischen Feuchtegehalt F und AUS-Zeit relativ gut ist.
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Somit kann also über die Überwachung des Verlaufs der Aus-Zeit TAUS entweder bei einem vorhandenen Feuchtesensor 26 der Verlauf von dessen erfassten Werten überwacht werden. So kann entweder eine verbesserte bzw. genauere Erfassung stattfinden oder auch eine Plausibilitätsprüfung, beispielsweise um die korrekte Funktion des Feuchtesensors 26 zu überwachen bzw. zu gewährleisten. Alternativ kann auf den Einsatz eines Feuchtesensors ganz verzichtet werden, da es im Rahmen der Erfindung möglich ist, über die Auswertung der AUS-Zeiten der Backofen-Beheizung den Verlauf des Feuchtegehaltes nachzubilden. Somit können also automatisch ablaufende Backprogramme auf die Informationen gemäß dem Feuchtegehalt zurückgreifen. Da unabhängig von der Art der Ausbildung des Temperatursensors 24, also entweder als thermomechanischer oder als elektronisch abfragbarer Sensor, ein solcher für den thermostatischen Betrieb des Backofens immer notwendig ist, ist die Abfrage der AUS-Zeiten stets möglich. Des weiteren stellt vor allem bei Vorhandensein eines thermomechanischen Temperatursensors die erfindungsgemäße Lösung dadurch einen Vorteil dar, dass keine weiteren Bauteile benötigt werden. Des weiteren ist es möglich, anstelle des Abgreifens des Wertes für die AUS-Zeiten direkt an dem Temperatursensor 24 diese an den Backofen-Heizungen bzw. deren Zuleitungen zu erfassen, unter Umständen also an einer Stelle, die räumlich näher an dem üblichen Einbauort einer Steuerung 20 für den Backofen 11 liegt.
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In 3 ist als alternatives Gargut 13 ein Sandkuchen dargestellt, der etwas trockener ist als eine Biskuit-Torte gemäß 2. Ein weiterer Sandkuchen ist hinsichtlich seines Verlaufs in 4 dargestellt. Auch bei diesen beiden Kurven ist die gute Korrelation zwischen Feuchtegehalt F und Aus-Zeit TAUS festzustellen. Des weiteren kann beide Male wiederum das Öffnen der Backofentür 14 bzw. dessen Folge für den Verlauf der AUS-Zeiten ersehen werden. Bei den 3 und 4 kann besonders gut beobachtet werden, wie der Feuchtegehalt F bei etwa 1500 Sekunden, also 25 Minuten, ein gewisses Plateau erreicht. Dieses Plateau wird von den AUS-Zeiten ebenfalls einigermaßen gut nachgebildet.
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Somit kann durch die Erfindung eine Möglichkeit geschaffen werden, mit minimalem oder sogar ohne zusätzlichen Hardware-Aufwand eine Überwachung der AUS-Zeiten TAUS oder alternativ der EIN-Zeiten einer taktend betriebenen Backofen-Heizung zu überwachen. Mit den erhaltenen Ergebnissen kann entweder eine Plausibilitätsprüfung für die Ergebnisse eines in dem Backofen vorgesehenen Feuchtesensors durchgeführt werden. Alternativ kann auf einen Feuchtesensor ganz verzichtet werden, da dessen Messergebnisse für den Feuchtegehalt durch die erfasten Zeiten nachgebildet bzw. ebenfalls erhalten werden können.
