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Die Erfindung betrifft ein Gefäß zum Garen von Speisen. Solche Gefäße werden häufig auch als Bräter bezeichnet. Es kann zum Niedrigtemperaturgaren von Speisen verwendet werden. Beim Niedrigtemperaturgaren werden Speisen über einen längeren Zeitraum bei einer Temperatur unterhalb der Siedetemperatur gegart. Bevorzug wird eine Temperatur im Bereich um 80°C genutzt.
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Gargut und insbesondere Fleisch gart dadurch langsam von außen nach innen durch, der im Fleisch enthaltene Saft verbleibt darin, tritt nicht aus und das Fleisch bleibt dadurch sehr saftig und zart.
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Beim Niedrigtemperaturgaren kann die Bildung gesundheitsschädlicher Röststoffe vermieden werden bzw. auf ein Minimum reduziert werden. So zubereitete Gerichte sind daher sehr viel bekömmlicher und gesünder.
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Wesentlich sind dabei aber die Einhaltung der gewünschten Temperatur zum Garen innerhalb eines eng begrenzten Temperaturintervalls und die Einhaltung der richtigen Garzeit.
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Die zum Garen genutzten Öfen weisen üblicherweise eine unzureichend genaue Temperaturregelung auf und es können Temperaturschwankungen von mindestens ±10°C um einen Mittelwert auftreten. Eine manuelle Regelung der Temperatur ist sehr aufwändig und es bereitet dabei auch Schwierigkeiten die Temperatur des Garguts zu messen.
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Bisher ist es üblich, Gefäße (Bräter) einzusetzen, die eine große Masse aufweisen, um mit der dadurch erreichbaren Wärmekapazität eine Pufferwirkung für die gewünschte Temperatur zu erreichen. Dies ist aber wegen der Trägheit der Temperaturwechsel und auch wegen der großen Masse, die die Handhabbarkeit beeinträchtigt, nachteilig.
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Der Einsatz von Phasenwechselmedium wird bisher lediglich zum reinen Warmhalten oder Kühlen genutzt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Einhaltung einer vorgegebenen Temperatur beim Garen von Speisen mit geringem Aufwand zu erreichen und die Handhabbarkeit geeigneter Gefäße dabei zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Gefäß, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Der Anspruch 9 betrifft die Verwendung des Gefäßes. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
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Erfindungsgemäß ist am/im Gefäß mindestens ein Hohlraum vorhanden, in dem ein Phasenwechselmedium enthalten ist, bei dem der Phasenwechsel von der festen in die flüssige Phase innerhalb des Temperaturintervalls zwischen 70°C und 90°C erfolgt. Bevorzugt ist dabei eine Phasenwechseltemperatur von 80°C ± 3 K.
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Dadurch kann ausgenutzt werden, dass bei einer höheren Temperatur im Ofen die Wärmeenergie zunächst in die Schmelzwärme des Phasenwechselmediums übergeht, so dass die Temperatur des Gefäßes nicht oder nur geringfügig ansteigt. Eine Temperaturerhöhung erfolgt erst, wenn das Phasenwechselmedium vollständig in die flüssige Phase übergegangen ist.
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Bei Unterschreiten der Schmelztemperatur des Phasenwechselmediums wird Wärmeenergie bei der Erstarrung und den Übergang in die feste Phase abgegeben. Es hat sich gezeigt, dass eine Temperaturabweichung von der gewünschten Gartemperatur von 10 K über einen Zeitraum von 15 min problemlos ausgeglichen werden kann. Dies führt zu einer wesentlich sicheren Kalkulierbarkeit der jeweils erforderlichen Garzeit und es kann ein Überschreiten einer Temperatur, die für das Niedrigtemperaturgaren kritisch ist besser vermieden werden. Dabei ist kein zusätzlicher Regelaufwand, auch manuell erforderlich.
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Die Erfindungsgemäßen Gefäße können gegenüber herkömmlichen eine deutlich reduzierte Eigenmasse aufweisen und sind somit besser handhabbar. Die Eigenmasse kann dabei gegenüber solchen die aus Gusseisen hergestellt sind auf 30%, bei besserer Wirksamkeit, reduziert sein.
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Bevorzugt sollte ein Masseverhältnis zwischen der Masse des Gefäßmaterials MGefäß und der Masse des Phasenwechselmediums MPCM von 20%:80% bis 95%:5% eingehalten sein.
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Ein oder mehrere Hohlräume können im Boden und/oder in seitlichen Wandbereichen der Gefäßwand ausgebildet sein.
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Besonders vorteilhaft ist in mindestens einem Hohlraum ein poröses und/oder zelluläres Metall, das mit dem Gefäßmaterial in Kontakt steht, vorhanden. Dabei ist in den Freiräumen des porösen und/oder zellulären Metalls das Phasenwechselmedium enthalten. Es kann sich dabei um einen Metallschaum oder eine offenzellige Struktur handeln. Durch das Metall kann die Wärmeleitung zwischen dem Gefäßmaterial und dem Phasenwechselmedium verbessert werden. Das für die Struktur eingesetzte Metall weist eine höhere thermische Leitfähigkeit als das Phasenwechselmedium auf, so dass die Zeitkonstante bei der mittels des Phasenwechselmediums erreichbaren Temperaturregelung verkleinert werden kann.
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Außerdem kann dadurch die Festigkeit des Gefäßes auch im Bereich bzw. in Bereichen in denen Hohlräume vorhanden sind, erhöht werden.
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Solche regellosen metallischen Strukturen weisen gegenüber anderen geometrisch gestalteten Elementen, wie beispielsweise Wabenstrukturen eine erhöhte Oberfläche auf, so dass die für die Wärmeleitung zwischen dem Metall der Struktur und dem Phasenwechselmedium nutzbare Oberfläche vergrößert ist.
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Diese Effekte können aber auch mit metallischen Hohlkörpern, bevorzugt Hohlkugeln erreicht werden, die gemeinsam mit dem Phasenwechselmedium in einem oder mehreren Hohlräumen eines Gefäßes enthalten sind, erreicht werden. Die metallischen Hohlkörper sollten dabei poröse Außenwände aufweisen und Phasenwechselmedium zumindest auch in den Hohlräumen der Hohlkörper enthalten sein.
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Unabhängig davon, ob in einem Hohlraum eine metallische Struktur oder metallische Hohlkörper enthalten ist/sind, sollte ein Volumenanteil von Metall VolMetall und Volumenanteil Phasenwechselmedium VolPCM innerhalb eines Hohlraums im Bereich 75% zu 25% bis 95% zu 5% eingehalten sein.
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Die Flexibilität kann dadurch erhöht werden, wenn mindestens ein mit Phasenwechselmedium befüllter Hohlraum in einem Einsatzelement, das in das Gefäß eingesetzt werden kann, ausgebildet ist. So kann ein Gefäß ohne weiteres in herkömmlicher Form zum Garen oder Erwärmen von Speisen eingesetzt werden. Soll es dann zum Niedrigtemperaturgaren eingesetzt werden, kann mindestens ein solches Einsatzelement in das Gefäß eingesetzt bzw. eingelegt werden.
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Das Einsatzelement kann dabei ausschließlich Phasenwechselmedium enthalten. Es besteht aber auch die Möglichkeit ein Einsatzelement bei der Erfindung einzusetzen, in dem wie vorab beschrieben, eine metallische Struktur oder metallische Hohlkörper mit dem Phasenwechselmedium enthalten ist/sind.
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Nachfolgend soll die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
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1 einen Teilschnitt durch die Wandung eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Gefäßes;
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2 ein Diagramm berechneter Temperaturverläufe über der Zeit bei auftretenden periodischen Temperaturschwankungen für mehrere Gefäße im Vergleich und
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3 ein Diagramm berechneter Temperaturverläufe für mehrere Gefäße im Vergleich, bei Absenkung der Temperatur innerhalb eines Ofens auf eine Temperatur von 75°C über der Zeit.
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Beispiel 1:
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Bei einem doppelwandigen Gefäß 1, mit Wandstärke der beiden Gefäßwände 1' von jeweils 0,5 mm aus Edelstahl, wurde in dem zwischen den Gefäßwänden 1' ausgebildeten Hohlraum 2 mit Paraffin Rubitherm RT 82 befüllt. Der Phasenwechsel von der festen in die flüssige Phase erfolgt bei diesem Phasenwechselmedium bei einer Temperatur von 81°C. Es wurden vergleichende Untersuchungen mit zwei erfindungsgemäßen Gefäßen 1 und einem herkömmlichen Gefäß mit einer konstanten Wandstärke von 3 mm, ohne Hohlraum 2 und Phasenwechselmedium durchgeführt. Das eine erfindungsgemäße Gefäß 1 hatte im Bereich des zwischen den Gefäßwänden 1' ausgebildeten Hohlraums 2 einen Abstand von 2 mm und das andere einen Abstand von 6 mm, so dass sich entsprechend unterschiedlich große Hohlräume 2, die mit dem Phasenwechselmedium mit dem entsprechenden Volumen befüllt waren, ergaben.
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Die Berechnungen zeigen, wie aus 2 ersichtlich, die unterschiedlichen Temperaturverläufe bei periodischen Temperaturschwankungen um ±10 K innerhalb eines Ofens. Es wird dabei deutlich, dass das Gefäß 1, bei dem der Abstand zwischen den Gefäßwänden 1' 6 mm betrug, nach einer Vorheizzeitphase die Temperatur beim Garen um weniger als 1 K schwankt. Die Schwankung der Temperatur kann aber bereits mit dem zweiten erfindungsgemäßen Gefäß 1, bei dem durch den kleineren Abstand der Gefäßwände 1' auch weniger Phasenwechselmedium im Hohlraum 2 enthalten war, gegenüber dem herkömmlichen Gefäß aus Edelstahlvollmaterial reduziert werden. Das herkömmliche Gefäß zeigt einen Temperaturverlauf der dem Verlauf der Ofentemperatur phasenverschoben folgt und dabei die Bandbreite der Temperaturschwankung des Ofens lediglich um wenige Grad Kelvin reduziert sind.
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Aus dem in 3 gezeigten Diagramm ist das zeitliche Temperaturverhalten für diese drei Gefäße, ausgehend von einer Ofentemperatur von 80°C, die auf 70°C reduziert wurde, erkennbar. Das Gefäß 1 mit dem größeren Abstand zwischen den Gefäßwänden 1' konnte die Temperatur von 80°C noch über 5 min halten, bevor eine Abkühlung erfolgte. Eine Temperatur von 75°C war erst nach 18 min erreicht. Im Vergleich reduziert sich die Temperatur des herkömmlichen Gefäßes auf 75°C bereits nach 4 min.
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Ein Vergleich der Eigenmasse der Gefäße mit gleichem Inhaltsvolumen ergibt ebenfalls erhebliche Vorteile der Erfindung. So liegt die Eigenmasse eines erfindungsgemäßen Gefäßes 1, mit den angegeben Wandstärken und Abständen der Gefäßwände 1', bei einer Masse von ca. 1,4 kg. Ein herkömmliches Gefäß aus Gusseisen mit einer Wandstärke von 5 mm weist dagegen eine Masse von ca. 6,2 kg auf, ist also mehr als dreifach schwerer.
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Beispiel 2
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Dabei ist ein erfindungsgemäßes Gefäß 1 in seinem Hohlraum 2, in dem auch das Paraffin als Phasenwechselmedium enthalten ist, zusätzlich mit einer Metallschaumstruktur versehen. Diese weist eine Porosität von 90% auf. Die Freiräume der Struktur sind mit dem Paraffin ausgefüllt und die metallische Struktur steht im berührendem Kontakt mit den Gefäßwänden 1' im Bereich des Hohlraums 2. Als Metall wurde eine Eisen-Kupferlegierung mit einer thermischen Leitfähigkeit von 15 W/mK eingesetzt. In Folge der Porosität war die thermische Leitfähigkeit auf 0,8 W/mK reduziert. Die Eigenmasse des Gefäßes 1 wurde so lediglich um maximal 0,7 kg erhöht. Dagegen konnte das Ansprechverhalten verbessert und eine Verkürzung der Zeitkonstante bei auftretenden Temperaturschwankungen erreicht werden.
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Beispiel 3
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Das erfindungsgemäße Gefäß
1 für dieses Beispiel weist prinzipiell den Aufbau, wie beim Beispiel 1 auf. Es ist lediglich der Hohlraum
2 mit einer Schüttung metallischer Hohlkugeln gefüllt, die neben den Freiraum zwischen den metallischen Hohlkugeln ebenfalls mit dem Paraffin als Phasenwechselmedium befüllt sind. Die metallischen Hohlkugeln wurden so hergestellt, dass eine Wirbelbettbeschichtung von expandierbaren Polystyrolkugeln mit einem Metallpulver aus Edelstahl 1.4404, mit einer mittleren Partikelgröße d
50 von 6 μm, einem organischen Binder und Binderhilfsmittel durchgeführt wurde. Die organischen Komponenten wurden pyrolytisch bei einer Wärmebehandlung entfernt. Anschließend erfolgte eine Sinterung bei einer Temperatur von 1200°C. Eine Möglichkeit für die Herstellung dieser metallischen Hohlkugeln ist in der
DE 199 29 760 A1 beschrieben.
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Die so erhaltenen metallischen Hohlkugeln, mit ihren porösen Wänden, wurden mit dem Paraffin erwärmt und bei einem Druck erheblich unterhalb des Atmosphärenumgebungsdrucks das Paraffin geschmolzen und damit die metallischen Hohlkugeln mit dem Paraffin infiltriert.
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Nach einer Reinigung der äußeren Oberflächen konnten die mit dem Paraffin befüllten Hohlkugeln mit einer Beschichtung aus Nickel galvanisch beschichtet werden. Die Beschichtung kann dann eine Versiegelung bilden, die ein Auslaufen des Phasenwechselmediums verhindern kann.
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Die metallischen Hohlkugeln können dann mit weiterem Paraffin in einen Hohlraum 2 eines Gefäßes 1 eingefüllt und der Hohlraum dann dicht verschlossen werden.
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Auch mit einem so ausgebildeten Gefäß können die Wirkung des Phasenwechselmediums und die bessere thermische Leitfähigkeit der metallischen Hohlkugeln in Kombination vorteilhaft genutzt und ggf. beim Garen auftretende Temperaturschwankungen besser und in kürzerer Zeit kompensiert werden, so dass nahezu konstante Temperaturen auch bei schwankender Ofentemperatur eingehalten werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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