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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Lebensmitteln, insbesondere Backofen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise bekannt aus der Druckschrift
DE 40 19 411 A1 . Hier wird die Gerätetür nach dem Ablauf einer voreingestellten Heizzeit sofort oder mit einer entsprechenden Karenzzeit selbsttätig durch einen automatischen Verschluß geöffnet. Das Öffnen der Backraumtür mittels voreingegebener Garzeit ist relativ unflexibel. Wenn sich beobachten läßt, daß ein Lebensmittel, insbesondere eine Backware, schneller oder weniger schnell als erwartet gart, muß die voreingestellte Garzeit umständlich eingepaßt werden. Außerdem ist eine derartige Vorrichtung nicht für den professionellen Einsatz geeignet. Bei professionellen und gewerblich genutzten Vorrichtungen wie Backöfen ist eine automatische Türöffnung nicht nur am Ende des Wärmebehandlungsvorgangs, sondern auch zu Beginn des Wärmebehandlungsvorgangs beim Beschicken des beheizten Innenraums erforderlich. Oft muß zur Überprüfung des Backfortschritts oder zur Zwischenbehandlung der Backwaren die Ofentür auch zwischen der Beschickung und der Entnahme einmal oder mehrfach geöffnet werden.
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Die Druckschrift
EP 0 031 142 offenbart ein Gerät zum Erhitzen von Lebensmitteln, dessen Tür über einen Sprachbefehl mittels einer Stimmbefehlerkennungsvorrichtung geöffnet werden kann. Eine automatische Türöffnung durch die Stimmenkontrolle ist zwar flexibler aber auch nicht für den professionellen Einsatz geeignet. In gewerblichen Einrichtungen wie Brotfabriken, Backstuben oder Verkaufsgeschäften, in denen gewerblich eingesetzte Wärmebehandlungsvorrichtungen wie Backöfen verwendet werden, herrscht in der Regel ein sehr hoher Geräuschpegel. Dieser Geräuschpegel macht eine akustische Befehlseingabe sehr unzuverlässig.
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Die Druckschrift
DE 73 42 153 U offenbart eine Klimakammer mit einer nach außen zu öffnenden schwenkbaren Türe zum Gären, Trocknen, Kühlen und Befeuchten von Teigstücken, wobei an der Türe ein automatischer Türöffner angeordnet ist. Außerhalb der Klimakammer ist ein elektrischer Kontakt vorgesehen, der die Tür entriegelt und über den automatischen Türöffner öffnet. Der Kontakt muss von der Person, welche die Kammer will, betätigt werden, welche hierfür den natürlichen Bewegungsablauf beim Beschicken oder Entleeren der Kammer unterbrechen muss. Es wird auch ein in den Fußboden eingelassener Kontakt vorgeschlagen, der durch das Gewicht eines Transportwagens für die Teigstücke ausgelöst werden kann. Dieser Vorschlag birgt die Gefahr, daß die Räder des Transportwagens seitlich versetzt an dem Kontakt vorbeirollen und daß der Kontakt erst nach umständlichen Manövrieren mit den Rädern des Transportwagens getroffen wird.
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Die Druckschrift
US2002/0088800A1 offenbart einen Ofen mit einem Backraum und einem durch den Backraum laufenden Förderband zum Transport von Backwaren. Eine Tür verschließt den Backraum oberhalb des Förderbands. Ein optischer Sensor erfasst Backwaren auf dem Förderband und öffnet die Tür, wenn sich Backwaren der Tür nähern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine eingangs beschriebene Lebensmittel-Behandlungsvorrichtung (insbesondere einen Backofen) derart fortzubilden, daß sie für den gewerblichen Einsatz gut geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Mit anderen Worten wird vorgeschlagen, einen Sensor wie eine Lichtschranke, einen Abstands- oder Bewegungssensor oder auch ein Bilderfassungs- und -auswertungssystem vorzusehen, welcher/welches Objekte in der Nähe der Tür der Wärmebehandlungsvorrichtung erfaßt und beim Erfassen eines Objektes einen Steuerbefehl zum Antriebsmittel überträgt, um die Tür zu öffnen.
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In der Praxis sollte der Sensor nur dann ein Steuersignal zum Öffnen der Tür erzeugen, wenn sich ein Objekt in unmittelbarer Nähe der Tür befindet. Hierdurch wird vermieden, daß bei einem Vorbeibewegen neutraler Objekte an der Tür die Tür geöffnet wird, ohne daß das Beschicken oder die Entnahme von Lebensmitteln aus dem Wärmebehandlungsraum beabsichtigt ist. Solche unnötigen Türöffnungen würden zu einem Wärmeverlust führen. Insbesondere kann der Objekterfassungsbereich, in dem eine Objekterfassung zum Öffnen einer Tür führt, auf wenige Zentimeter, zum Beispiel 3 bis 5 cm, beschränkt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere in gewerblichen Einrichtungen von besonderem Vorteil. Es wird in der Folge die Erfindung vornehmlich in bezug auf einen Backofen beschrieben. Sie ist aber entsprechend bei anderen Wärmebehandlungsvorrichtungen einsetzbar. Mit einem Backofen, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist, lassen sich die Beschickungsvorgänge sowie die Entnahmevorgänge erheblich vereinfachen. Ein Bäcker oder anderes Personal, welches ein Backblech in den Ofen einschieben will, braucht sich lediglich der Tür des Ofens zu nähern, die sich dann automatisch öffnet. Die Person, die diesen beschickt, muß die Backwaren nicht erst ablegen, um die Tür manuell zu öffnen.
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Gleiches gilt für die Entnahme der Backwaren. Das Personal braucht lediglich seine durch einen Handschuh gegen Hitze geschützte Hand der Ofentür zu nähern, um durch das Erfassen der Hand in der Nähe der Tür die automatische Türöffnung zu veranlassen. Ohne die Bewegung der Hand zu unterbrechen, kann in den Ofen gegriffen und die fertigen Backwaren oder ein Träger der Backwaren (Backblech) ergriffen werden. Alternativ kann natürlich ein Schieber, eine Zange oder jegliches andere Entnahmegerät der Tür genähert werden. Bei Erfassen eines Entnahmegeräts vor der Tür öffnet diese, und die Backwaren können mittels des Entnahmegeräts entnommen werden.
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Um das automatische Schließen der Backofentür zu erwirken, kann die Steuerung des Antriebsmittels für die Tür derart programmiert sein, daß die Tür automatisch geschlossen wird, wenn der Sensor bei geöffneter Tür kein Objekt im Bereich vor der Tür erfaßt. Gegebenenfalls kann eine gewisse Zeitverzögerung von 2 bis 3 Sekunden programmiert werden, um zu vermeiden, daß die Tür nicht zu früh geschlossen wird und die Bedienungsperson dadurch behindert wird oder gegebenenfalls durch Kontakt heißer Teile der Tür mit einem Schutzhandschuh oder gar einem Körperteil der Bedienungsperson eine Verletzungsgefahr hervorgerufen wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung, weist mehrere aneinander angrenzende Behandlungsräume auf, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und jeweils eine Tür aufweisen. Dies ist beispielsweise bei Etagenbacköfen der Fall, welche zum Beispiel 3 bis 6 Backherde mit jeweils einzelnen Herdtüren aufweisen. Bei derartigen Etagenbacköfen sind die Sensoren so angeordnet, daß nicht nur ein Objekt vor der Ebene der Backtüren erfaßt wird, sondern auch die Position des Objektes, so daß identifiziert werden kann, vor welchem Herd und vor welcher Herdtür das Objekt erfaßt wird. Bei einer derartigen Vorrichtung wird gezielt jeweils diejenige Tür geöffnet, vor der das Objekt erfaßt wird.
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Bei einem derartigen Ofen mit mehreren Backetagen können die Türen selektiv mit dem Antriebsmittel gekoppelt sein. Das Antriebsmittel kann beispielsweise eine Schubstange sein. Im Bereich jeder Tür ist ein zum Beispiel magnetisch betätigbares Kopplungselement vorgesehen. Bei der Bewegung der Schubstange kann das entsprechende Kopplungselement aktiviert werden, um ein Öffnen der Herdtür zu erzielen. Bei dem Etagenherd können selbstverständlich auch mehrere Herdtüren gleichzeitig geöffnet werden, wenn zur gleichen Zeit Objekte vor diesen Herdtüren erfaßt werden.
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Alternativ zu dem einen Antrieb, der an beliebige Herdtüren selektiv koppelbar ist, kann jede Herdtür ein separates Antriebsmittel aufweisen. Das Antriebsmittel kann aus beliebigen Betätigungsmitteln zum automatischen Öffnnen von Türen ausgewählt werden. Insbesondere zu erwähnen sind
Elektromotoren;
magnetische Stellorgane;
pneumatische Antriebe; und
hydraulische Antriebe.
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Pneumatische und hydraulische Antriebe haben in der Regel die Form von Antriebszylindern, in denen ein Kolben verschiebbar geführt ist, an dessen Kolbenstange die Tür befestigt ist. Ein Elektromotor kann über beliebige Getriebe und Kupplungen mit der zu bewegenden Tür verbunden sein. Ein magnetisches Stellorgan weist ein innerhalb einer Spule verschiebbar geführtes permanent-magnetisches oder ferromagnetisches Element auf, welches mit einer Schubstange gekoppelt ist, die ähnlich wie Stellzylinder die Tür von der Schließstellung in die Öffnungsstellung bewegt. Die Antriebe können direkt oder über beliebige Kraftübertragungsmechanismen indirekt mit den Herdtüren gekoppelt sein. Es können auch mehrere verschiedene Antriebe verwendet und untereinander gekoppelt sein.
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Um das selektive Öffnen der Türen zu gewährleisten, kann jeder Tür mindestens ein Sensor zugeordnet sein, der die Objekte allein vor dieser Tür erfaßt. Beispielsweise kann eine Lichtschranke vor einer bestimmten Tür befindliche Objekte erfassen. Es ist aber auch alternativ möglich, Sensoren zu verwenden, welche eine genaue Positionsbestimmung des Objektes vor der Front der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlauben. So können beispielsweise 2 oder 3 Abstandssensoren die genaue Lage eines Objektes orten. Mit den Meßwerten der drei Sensoren läßt sich bestimmen, auf welche der Türen das Objekt sich zubewegt. Hierdurch kann die entsprechende Tür selektiv geöffnet werden.
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Neben Lichtschranken und Bewegungs- oder Abstandssensoren, die mit, Laser, Ultraschall, Radar oder Infrarot arbeiten und in der Regel nach dem Doppler-Prinzip Signale von bewegten Objekten vor dem Sensor auswerten, können auch digitale Kameras mit CCD-Sensoren zur Erfassung eines Objektes verwendet werden. Die Bilder der digitalen Kameras können einer Bildauswertungs-Software zugeführt werden. Durch Analyse der Bilddaten und Vergleich der Bilddaten zeitlich aufeinanderfolgender Bilder lassen sich durch eine entsprechende Software die Objekte sowie die Position der Objekte vor der erfindungsgemäßen Vorrichtung (zum Beispiel Backofen) bestimmen.
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In der Praxis öffnet sich die automatisch angetriebene Tür innerhalb der Konturen des Gehäuses. Mit anderen Worten bewegt sich die Tür von der Schließstellung in die Öffnungsstellung, ohne die Konturen des Gehäuses zu verlassen. Auf diese Weise wird vermieden, daß die automatisch und motorisch geöffnete Tür gegen ein Objekt vor dem Gehäuse schlägt.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung eines Backofens macht das Anbringen von Türknäufen oder Türgriffen überflüssig. Es entstehen an den Ofentüren oder Herdtüren weniger Oberflächen, die verunreinigen können. Der ästhetische Gesamteindruck der Ofenfront wird positiv beeinflußt.
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In der Praxis kann die Tür zusätzlich zu dem Antriebsmittel ein manuelles Betätigungsmittel aufweisen, mit dem sie geöffnet werden kann. Das Betätigungsmittel kann beispielsweise ein Bedienungshebel sein. Durch ein derartiges Betätigungsmittel kann die Tür im Fall eines Energieausfalls (Stromausfall oder Druckabfall im Hydraulik- oder Pneumatiksystem) manuell geöffnet werden. Es ist aber auch möglich, die Tür einfach aufzuschieben. Hierbei muß der Bediener allerdings Brandschutzhandschuhe tragen, wenn die Ofentür durch einen Betrieb der Vorrichtung aufgeheizt ist.
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Neben der Bequemlichkeit der automatischen Türöffnung, welche eine manuelle Betätigung der Tür unnötig macht, erzielt die Erfindung eine Energieersparnis. Jede Herdtür wird nach dem Einbringen und dem Entnehmen von Backwaren automatisch in kurzer Zeit geschlossen. Es kann nicht passieren, daß das Bedienungspersonal einen Herd oder einen Ofen über längere Zeit offen stehen läßt. Auf diese Weise wird unerwünschter Energieverlust durch entweichende Wärme vermieden.
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Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Die Zeichnungen zeigen in
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1 eine schematische geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Etagenofens,
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2 eine Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Etagenofens,
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3 eine weitere Ausführungsform des Etagenofens aus 2,
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4 eine Ausführungsform des Etagenofens mit Bewegungssensor
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5 und 6 eine Vorderansicht und eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Etagenofens
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7 und 8 eine Vorderansicht und eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Etagenofens
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9 und 10 eine Vorderansicht und eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Etagenofens
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11 und 12 eine Vorderansicht und eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Etagenofens.
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In der nachfolgenden Figurenbeschreibung werden auch bei verschiedenen Ausführungsformen gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Die 1 zeigt einen Etagenbackofen mit fünf übereinander angeordneten Einzelherden 2. Die Herde 2 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 3 angeordnet. Das Gehäuse 3 weist an seiner Frontseite für jeden Herd 2 des Etagenbackofens 1 eine Tür 4 auf. Die Tür 4 ist an einer Schwenkachse 5 in jedem der Herde 2 angelenkt und kann von ihrer Schließposition (siehe zum Beispiel oberster Herd 2) in eine Öffnungsposition (siehe zum Beispiel zweiter Herd von oben) verschwenkt werden, in der eine Beschickungsöffnung des Herds 2 freigegeben ist. In beiden Positionen sowie bei der Bewegung zwischen diesen Positionen befindet sich die Herdtür 4 vollständig innerhalb des Herdgehäuses 3 bzw. des einzelnen Herdes 2. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß beim automatischen Verschwenken der heißen Tür 4 keines der Teile der Tür 4 nach außen ragt, wo es gegebenenfalls Verbrennungen hervorrufen könnte.
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Für jede der Türen 4 ist ein Antrieb 6 vorgesehen, der die Tür 4 von der Schließstellung (oberster Herd) in die Öffnungsstellung zweiter Herd von oben) verschwenkt. Der Antrieb 6 ist über eine Betätigungsstange 7 mit der Tür 4 gekoppelt. Es kann sich um einen pneumatischen, hydraulischen oder elektromagnetischen Antrieb handeln, der die Betätigungsstange zum Schließen der Tür ausfährt (siehe oberster Herd in 1) bzw. zum Öffnen der Tür einzieht (siehe zweiter Herd von oben in 1). Es sei angemerkt, daß jeder andere linear oder rotatorisch wirkende Antriebsmotor verwendet werden kann und dieser Antriebsmotor über jede geeignete Kopplungsvorrichtung mit der Tür gekoppelt werden kann.
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Vor jedem der Herde 2 ist ein Sensor zum Erfassen von Objekten angeordnet. Die Sensoranordnung jedes Herdes ist als Lichtschranke ausgebildet und umfaßt einen Photosensor 9, der durch eine Lichtquelle 8 bestrahlt wird. Wenn der Strahl der Lichtquelle 8 beispielsweise durch ein mit Backwaren 11 belegtes Backblech 10 unterbrochen wird, gibt der Photosensor 9 ein Signal ab, welches zur Steuerung 15 geleitet wird, welche die Antriebe 6 der verschiedenen Herde 2 steuert. Hierdurch wird – wie im zweiten Herd von oben in der 1 zu erkennen – der Antrieb 6 derart betätigt, daß die Tür 4 in die Öffnungsstellung bewegt wird. Alle Photosensoren 9 und Antriebe 6 sind über elektrische Leiter (nicht dargestellt) mit der Steuerung 15 verbunden. Vorzugsweise weist die Steuerung 15 auch ein Stromversorgungsmodul auf, welches die Lichtquellen 8 mit Strom versorgt.
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Wenn ein Benutzer in den Herd greifen möchte, um fertige Backwaren zu entnehmen, wie zum Beispiel im zweiten Herd 2 von unten in 1 zu erkennen, wird die Hand 16 des Benutzers vor dem Herd 2 erfaßt. Der Benutzer muß die Tür 4 nicht manuell öffnen. Er muß sich auch nicht um das Verschließen der Tür 4 zum Vermeiden eines Wärmeverlustes kümmern. Die Tür 4 wird geschlossen, wenn der Sensor 9 an die Steuerung 15 meldet, daß kein Objekt in seinem Erfassungsbereich festgestellt wird. Gegebenenfalls kann eine gewisse Zeitverzögerung vorgesehen werden, welche das Schließen der Tür erst veranlaßt, wenn eine gewisse Zeitspanne von zum Beispiel 5 oder 10 Sekunden nach dem letztmaligen Erfassen eines Objektes im Erfassungsbereich vergangen ist. Ein schnelleres Schließen könnte zu einem unerwünschten Kontakt der Tür während der Schließbewegung mit den herausbewegten Backwaren oder der Hand 16 des Bedienungspersonals führen.
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In der 1 ist pro Herd 2 nur ein Photosensor 9 zu erkennen. Um über die gesamte Breite eines Herdes 2 Objekte zu erfassen, können Lichtschranken-Bänder vor jeder Herdtür angeordnet werden, die mehrere Lichtschranken in geringen Abständen (z. B. 5 cm) aufweisen.
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Die 2 zeigt eine alternative Anordnung in der pro Herd zwei Photosensoren 9 vorgesehen sind. Die Lichtquellen 8 weisen eine optische Achse auf, die diagonal über die Herdtür verläuft. Zwei Lichtquellen 8 pro Herd erzeugen somit zwei diagonal zu jeder Herdtür 4 verlaufende Lichtstrahlen. Als Lichtquelle 8 kann beispielsweise eine Laserdiode verwendet werden, die einen sehr gerichteten Lichtstrahl abstrahlt. Durch die Mehrzahl der Photosensoren und die zwei verschiedenen Lichtstrahlen, die sich über jede Herdtür 4 erstrecken, ist gewährleistet, daß die Herdtüren 4 zuverlässig öffnen.
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Die 3 zeigt die Frontansicht einer weiteren Ausführungsform eines Etagenbackofens 1 mit fünf Einzelherden 2. Über jeder Tür ist ein oberer Spiegel 12 angeordnet, der das Licht der Lichtquelle 8 reflektiert. Ebenfalls ist unterhalb jeder Tür 4 ein unterer Spiegel 13 angeordnet, so daß der Lichtstrahl der Lichtquelle 8 in einem Zick-Zack-Verlauf vor der Herdtür 4 zu dem Photosensor 9 gelangt. Durch den Verlauf des Lichtstrahls in eng benachbarten Bahnen wird gewährleistet, daß an nahezu beliebiger Stelle ein Objekt vor der Herdtür 4 ein Sensorsignal erzeugt, welches zum Öffnen der Tür 4 führt.
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Die 4 zeigt eine alternative Ausführungsform mit zwei Radarsensoren 14. Die Radarsensoren 14 dienen als Entfernungs- und Bewegungsmesser. Durch Auswertung der Meßwerte der zwei Radarsensoren läßt sich die Position eines erfaßten Objektes vor der Frontfläche des Etagenbackofens 1 bestimmen. Je nach Lage des erfaßten Objektes kann dann eine der Herdtüren 4 geöffnet werden.
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In den 5 und 6 ist eine Ausführungsform dargestellt, in der eine Leiste mit Lichtquellen im Bodenbereich des Etagenbackofens 1 versenkt ist. Die Lichtquellen im Bodenbereich strahlen ein Raster nebeneinander liegender Lichtstrahlen ab, welche von einer Sensorleiste 17 im oberen Bereich des Etagenbackofens 1 aufgenommen werden. Das Raster nebeneinander liegender Lichtstrahlen stellt sicher, daß auch schmale Objekte wie Schaufel oder Schieber oder auch mit einem Schutzhandschuh geschützte Hand der Bedienungsperson über die gesamte Breite des Ofens 1 erfaßt wird.
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Die 7 und 8 zeigen eine Ausführungsform, die der aus den 5 und 6 ähnlich ist. Allerdings ist hier das Raster der Lichtstrahlen nebeneinander angeordnet, und eine Vielzahl von nebeneinander liegenden Lichtstrahlen werden von einer Lichtquellenleiste 18 auf der linken Seite des Ofens zu einer Lichtempfängerleiste 19 geleitet. Mehrere Lichtstrahlen sind jeweils einem Herd 2 zugeordnet. So läßt sich den Signalen der Lichtleiste entnehmen, vor welchem Herd ein Objekt den Strahlengang der Lichtstrahlen unterbricht und folglich die diesem Herd zugeordnete Tür öffnen.
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Die 9 und 10 sowie 11 und 12 zeigen erneut Abstandssensoren ähnlich der 4, welche Objekte vor den Herdtüren erfassen und ermitteln können, auf welcher Höhe sich die Objekte befinden. Zum Beispiel können Laser-Abstandsmeßsensoren 20 verwendet werden (siehe 11 und 12). Von der Firma ifm electronic GmbH werden z. B. Lasersensoren 20 hergestellt und angeboten, mit denen Abstände bis zu 10 m relativ kostengünstig und zuverlässig gemessen werden können. Die Lasersensoren 20 können eine sogenannte PMD-Technologie (Photomischdetektor) aufweisen, bei der auf einem Chip sowohl der Empfangssensor als auch die Auswerteelektronik integriert ist. Solche Detektoren ermöglichen eine Positionsmessung mit wenigen (z. B. 5) mm Ungenauigkeit in einem Meßbereich von bis zu 2 m. Da Laserlicht anders als die Radarsensoren in den 4, 9 und 10 nicht streuen, sondern nur entlang einem schmalen Strahlengang messen, kann es hilfreich sein, die Laserdetektoren eng nebeneinander anzuordnen.
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Die Abstandsmessung ermöglicht auch einen halbautomatischen Betrieb der Anlage. Z. B. kann die jeweilige Herdtür 4 dadurch geöffnet werden, daß die Hand vor einen bestimmten Herd 2 bewegt wird (siehe 11). Das Schießen kann dagegen dadurch veranlaßt werden, daß in einem Bereich, in dem kein Herd ist, z. B. in Bodennähe, der Meßbereich des Sensors durchlaufen wird. Dies kann zum Beispiel in Bodennähe durch den Fuß der Bedienungsperson erfolgen (siehe 12).
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Es sei angemerkt, daß jeder verfügbare Sensor, der ein Objekt vor der Tür eines Herdes 2 erfassen kann, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Etagenbackofen
- 2
- Herd
- 3
- Gehäuse
- 4
- Tür
- 5
- Schwenkachse
- 6
- Antrieb
- 7
- Betätigungsstange
- 8
- Lichtquelle
- 9
- Photosensor
- 10
- Backblech
- 11
- Backware
- 12
- oberer Spiegel
- 13
- unterer Spiegel
- 14
- Radarsensoren
- 15
- Steuerung
- 16
- Hand
- 17
- Sensorleiste
- 18
- Lichtquellenleiste
- 19
- Lichtempfängerleiste
- 20
- Lasersensor
