DE102014116709A1

DE102014116709A1 - Gargerät sowie Verfahren zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades eines Gargeräts

Info

Publication number: DE102014116709A1
Application number: DE102014116709.0A
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Schramm
Original assignee: Rational AG
Current assignee: Rational AG
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2016-05-19

Abstract

Ein Gargerät hat einen Garraum, der von mindestens einer Garraumwand (14) umgeben ist, und einen optischen Verschmutzungssensor (20), der eine transparente Sensorfläche (22), eine Lichtquelle (24) und einen Lichtsensor (26) aufweist. Die Sensorfläche (22) ist Teil der Garraumwand (14), und die Lichtquelle (24) und der Lichtsensor (26) sind außerhalb des Garraums so angeordnet, dass Licht (L1) von der Lichtquelle (24) schräg auf die Sensorfläche (22) fällt und von der Sensorfläche (22) reflektiertes Licht (L2) vom Lichtsensor (26) empfangen wird. Außerdem wird ein Verfahren zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades eines Gargeräts beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gargerät mit einem Garraum, der von mindestens einer Garraumwand umgeben ist, und einem optischen Verschmutzungssensor. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades eines Gargeräts mittels eines Verschmutzungssensors.
In Profi- oder Großküchen kommen oft multifunktionale Gargeräte zum Einsatz, in deren Garraum verschiedenste Nahrungsmittel in einer Garraumatmosphäre gegart werden. Die Garraumatmosphäre wird typischerweise mittels Heizelementen zur Steuerung der Temperatur im Garraum, einem Dampferzeuger, der die Luftfeuchtigkeit steuert, und einem oder mehreren Lüftern erzeugt, die eine Luftströmung im Garraum bewirken und so für eine homogene Verteilung der Temperatur und Luftfeuchtigkeit sorgen. Zusätzlich können derartige Gargeräte eine Strahlungsquelle zur Erzeugung von Mikrowellenstrahlung aufweisen, die in den Garraum eingebracht wird, um den Garvorgang zu unterstützen oder auch ausschließlich mittels Mikrowellenstrahlung zu garen
Beim Garen des Garguts entstehen Rückstände, die den Garraum sowie weitere Bauteile des Gargeräts verschmutzen können. Insbesondere eine häufige Nutzung des Gargeräts, wie sie in Kantinen, Restaurants etc. üblich ist, sowie regelmäßiges Garen von Lebensmitteln, die eine stärkere Verschmutzung verursachen, machen eine häufige Reinigung des Gargeräts erforderlich. Hierbei wird oftmals ein Selbstreinigungsprogramm verwendet, wobei es nötig ist, einen Verschmutzungsgrad des Gargeräts bzw. Garraums zu erkennen, sodass eine entsprechende Selbstreinigungsfunktion, etwa in einer Steuerung des Gargeräts, aktiviert werden kann. Dabei kann die Steuerung ein an die jeweilige Verschmutzung angepasstes Reinigungsprogramm verwenden.
Neben einem solchen Profigargerät ist unter einem Gargerät im Sinne der Erfindung auch ein Gerät für den Privathaushalt zu verstehen, z.B. ein Backofen oder ein Mikrowellenherd.
Aus der DE 10 2012 218 002 A1 ist es bekannt, den Verschmutzungsgrad in einem Backofen zu bestimmen, dessen Garraum im Betrieb beleuchtet ist. Im Garraum ist ein optischer Sensor angeordnet, der in Abhängigkeit des empfangenen Lichtes im Vergleich zu dem von der Garraumbeleuchtung ausgestrahlten Licht den Verschmutzungsgrad einer Abdeckung der Garraumbeleuchtung und somit des Garraums bestimmt. Nachteilig an der beschriebenen Ausgestaltung ist, dass der ebenfalls im Garraum angeordnete Sensor verschmutzungsbedingt fehlerhafte Messergebnisse liefern kann. Zudem beeinträchtigt die Anordnung des Sensors an solch exponierter Stelle auch die Lebensdauer des Sensors.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Gargerät bzw. ein Verfahren zur Bestimmung des Verschmutzungsgrads eines Gargeräts bereitzustellen, das die genannten Nachteile vermeidet.
Erfindungsgemäß ist dazu bei einem Gargerät der eingangs genannten Art vorgesehen, dass der optische Verschmutzungssensor eine transparente Sensorfläche, eine Lichtquelle und einen Lichtsensor aufweist, wobei die Sensorfläche Teil der Garraumwand ist und die Lichtquelle und der Lichtsensor außerhalb des Garraums so angeordnet sind, dass Licht von der Lichtquelle schräg auf die Sensorfläche fällt und von der Sensorfläche reflektiertes Licht vom Lichtsensor empfangen wird.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass sich bei einer Verschmutzung der transparenten Sensorfläche auf der Garraumseite der Brechungsindex der Sensorfläche ändert, wodurch zumindest für einen Teil des von der Lichtquelle emittierten Lichts die Totalreflexion an der Sensorfläche aufgehoben wird (bzw. das Licht absorbiert wird), als dies bei einer sauberen Sensorfläche der Fall ist, und somit nicht vom Lichtsensor empfangen wird. Da das einfallende Licht vorzugsweise über einen breiten Winkelbereich in die Sensorfläche eingekoppelt wird, ist auch die Auskopplung über einen Winkelbereich gegeben, der bis zur Totalreflexion an der transparenten Sensorfläche reicht. Der Auskopplungswinkel wird dabei durch die optische Brechungseigenschaft des Verschmutzungsmaterials bestimmt, weshalb sich durch den Winkelbereich der ausgelöschten Totalreflexion sogar bestimmen lässt, welchen Brechungsindex das Verschmutzungsmaterial hat. Aus dieser Eigenschaft wiederum kann auf die Art des Verschmutzungsmaterials geschlossen werden.
Insbesondere ist die Sensorfläche an exponierter Stelle der Garraumwand angeordnet, sodass sie statistisch exemplarisch Aussagen über den gesamten Garraum zulässt. Daraus lassen sich Hinweise auf eine notwendige Reinigung gewinnen.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung lassen sich auf einfache Weise Grad sowie Art der Verschmutzung des Garraums feststellen. Die Anordnung sowohl der Lichtquelle als auch des Lichtsensors außerhalb des Garraums, also insbesondere ohne Kontakt zur Garraumatmosphäre, bietet dabei zusätzlich die Vorteile einer weitgehend fehlerfreien Messung sowie einer längeren Lebensdauer der verwendeten Bauteile.
Vorzugsweise ist die Sensorfläche eine Glasscheibe, die sich auf einfache und kostengünstige Weise mit der erforderlichen Hitzebeständigkeit ausführen lässt und durch ihr Material den Grenzwinkel der Totalreflexion, in Abhängigkeit von der Verschmutzung, mit bestimmt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensorfläche in einer Aussparung der Garraumwand angeordnet, was bautechnisch mit vergleichsweise geringem Aufwand realisierbar ist.
Die Lichtquelle ist bevorzugt durch mindestens eine LED gebildet, deren Licht annähernd monochromatisch ist und die sich darüberhinaus durch eine hohe Lebensdauer und einen geringen Bauraumbedarf auszeichnet.
Um eine höhere Strahlungsleistung und/oder ein breiteres Spektrum zu erzielen, kann die Lichtquelle mehrere LEDs aufweisen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein monochromatischer Filter vorgesehen, um Fremdlicht abzuschirmen, das die Messergebnisse verfälschen könnte.
Vorzugsweise enthält der Lichtsensor einen CCD-Sensor, der eine flächenhafte Auswertung des empfangenen Lichts ermöglicht, der auch Unterschiede der Verschmutzungsmaterialien durch die unterschiedliche Verteilung des reflektierten Lichts auf der Fläche detektieren kann. Im Falle einer Absorption von Licht ergeben sich je nach Schmutz unterschiedliche Lichtintensitäten.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades eines Gargeräts mittels eines Verschmutzungssensors, der eine transparente Sensorfläche, eine Lichtquelle und einen Lichtsensor aufweist, wobei die Sensorfläche Teil der Garraumwand ist und die Lichtquelle und der Lichtsensor außerhalb des Garraums so angeordnet sind, dass Licht von der Lichtquelle schräg auf die Sensorfläche fällt und von der Sensorfläche reflektiertes Licht vom Lichtsensor empfangen wird, wobei eine Steuerung vorgesehen ist, die das vom Lichtsensor empfangene Licht mit dem von der Lichtquelle ausgesandten Licht vergleicht und abhängig vom Ergebnis des Vergleichs auf einen bestimmten Verschmutzungsgrad schließt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades beruht also auf dem Prinzip der Lichtreflexion an der Sensorfläche, wobei sich aufgrund von Verschmutzungen an der Sensorfläche deren Brechungsindex ändert, sodass ein Teil des emittierten Lichts so reflektiert wird, dass es den Lichtsensor nicht trifft. Hieraus kann, wie bereits mit Bezug auf das erfindungsgemäße Gargerät beschrieben, sowohl auf den Grad wie auch die Art der Verschmutzung geschlossen werden. Dabei ist die Sensorik aufgrund der Anordnung außerhalb des Garraums vor Verschmutzung geschützt.
Vorteilhaft sendet die Lichtquelle monochromatisches Licht aus. Dadurch lässt sich ein Fremdlichteinfluss leichter unterdrücken bzw. in der Auswertung berücksichtigen.
Alternativ kann die Lichtquelle auch Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen aussenden. Da der Brechungsindex der Sensorfläche sowie des Verschmutzungsmaterials auch von der verwendeten Lichtwellenlänge abhängt, kann Licht verschiedener Wellenlänge vorteilhaft zur Erkennung der Art des Verschmutzungsmaterials herangezogen werden.
Zur verbesserten Fremdlichtabschirmung bzw. -unterdrückung kann mit moduliertem Licht gearbeitet werden, indem beispielsweise die Lichtquelle jeweils nur kurz eingeschaltet und während einer längeren Pause ausgeschaltet ist. Dadurch lässt sich auch bei Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen eine weitgehende Unempfindlichkeit gegen Fremdlicht erreichen. Darüberhinaus erzielt man aufgrund der geringeren Erwärmung eine längere Lebensdauer der Lichtquelle.
Alternativ oder zusätzlich kann ein monochromatischer Filter eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestimmt der Lichtsensor bzw. die Steuerung den Winkelbereich der ausgelöschten Totalreflexion und schließt daraus auf das Verschmutzungsmaterial, das sich auf der Garraumseite der Sensorfläche befindet. Aus dem Winkelbereich lässt sich, wie bereits erwähnt, der Brechungsindex des Verschmutzungsmaterials und damit auch die Art des Verschmutzungsmaterials bestimmen.
In einer Weiterbildung der Erfindung wertet die Steuerung den Flächenbereich der Garraumseite der Sensorfläche aus, der mit Verschmutzungsmaterial bedeckt ist. In diesem Fall erfolgt die Beleuchtung der Sensorfläche flächenhaft, sodass nicht nur Aussagen über die Art des Verschmutzungsmaterials getroffen werden können, sondern auch auf den Flächenverschmutzungsgrad geschlossen werden kann.
Darüberhinaus gelten sämtliche mit Bezug auf das erfindungsgemäße Gargerät genannten Weiterbildungen und Vorteile auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigt bzw. zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gargeräts; und
die 2a und 2b perspektivische Ansichten eines optischen Verschmutzungssensors, anhand derer das erfindungsgemäße Verfahren erläutert wird.
1 zeigt ein Gargerät 10, bei dem es sich um ein Gerät für den professionellen Einsatz in Restaurants, Kantinen und der Großgastronomie, insbesondere einen sogenannten Kombidämpfer, handelt. Das Gargerät 10 weist einen Garraum 12 auf, der auf drei Seiten von einer Garraumwand 14 umgeben ist und auf der vierten Seite von einer Tür 16 verschlossen werden kann. Im Garraum 12 können unterschiedliche Nahrungsmittel gegart werden.
Außerhalb des Garraums 12, insbesondere mit Bezug auf die Tür 16 hinter dem Garraum 12, weist das Gargerät 10 einen Technikraum 18 auf, in dem üblicherweise eine Heizvorrichtung sowie ein Dampfgenerator angeordnet sind, um im Garraum 12 eine gewünschte Garraumatmosphäre zu erzeugen. Zusätzlich kann ein Magnetron zur Erzeugung von Mikrowellenstrahlung vorgesehen sein, sowie ein im Garraum 12 angeordneter Lüfter zum Umwälzen der Garraumatmosphäre. Da diese Komponenten jedoch für das Verständnis der Erfindung nicht wesentlich sind, wurde auf eine Darstellung in den Figuren verzichtet.
Zur Erkennung einer Verschmutzung des Garraums 12, die eine Reinigung erforderlich macht, ist darüberhinaus im Technikraum 18 ein optischer Verschmutzungssensor 20 vorgesehen. Der Verschmutzungssensor 20 weist eine transparente Sensorfläche 22 in Form einer Glasscheibe auf, die in einer Aussparung der Garraumwand 14 angeordnet ist, sodass die Sensorfläche 22 einen Teil der Garraumwand 14 bildet. Darüber hinaus umfasst der Verschmutzungssensor 20 eine Lichtquelle 24, die durch eine bzw. mehrere LEDs gebildet wird, sowie einen Lichtsensor 26, der einen CCD-Sensor enthält. Die Lichtquelle 24 und der Lichtsensor 26 sind ebenfalls außerhalb des Garraums 12 im Technikraum 18 angeordnet und so ausgerichtet, dass Licht L₁ von der Lichtquelle 24 schräg auf die Sensorfläche 22 fällt und von der Sensorfläche 22 reflektiertes Licht L₂ vom Lichtsensor 26 empfangen wird.
Weiterhin ist eine Steuerung 28 vorgesehen, die das vom Lichtsensor 26 empfangene Licht L₂ mit dem von der Lichtquelle ausgesandten Licht L₁ vergleicht.
Das Messprinzip des Verschmutzungssensors 20 wird im Folgenden anhand der 2a und 2b erläutert, wobei 2a den Verschmutzungssensor 20 bei unverschmutzter Sensorfläche 22 zeigt. Die in die Garraumwand 14 eingelassene Sensorfläche 22 wird von der Lichtquelle 24 schräg von hinten (von der Technikraumseite aus) beleuchtet, wobei der Einfallswinkel des Lichts L₁ mit α₁ bezeichnet ist. An der Sensorfläche 22 wird das Licht über Totalreflexion im gleichen Winkel α₂ wie der Einfallswinkel α₁ reflektiert. Dieses reflektierte Licht L₂ wird vom Lichtsensor 26 detektiert.
Da das einfallende Licht L₁ über einen breiten Winkelbereich eingekoppelt wird, erfolgt auch die Auskopplung über einen Winkelbereich, der bis zur Totalreflexion an der Sensorfläche 22 reicht. Der Auskopplungswinkel α₂ wird dabei durch die optische Brechungseigenschaft der Sensorfläche 22 bestimmt.
Sind auf der Garraumseite der Sensorfläche 22 Verschmutzungsmaterialien 30 vorhanden, wie in 2b gezeigt ist, ändert sich der Brechungsindex, und ein Teil des reflektierten Lichts L₂ trifft nicht mehr in den Lichtsensor 26. Durch den Winkelbereich der auf diese Weise ausgelöschten Totalreflexion wird in der Steuerung 28 bestimmt, welchen Brechungsindex das Verschmutzungsmaterial 30 hat. Aus dieser Eigenschaft kann auf die Art des Verschmutzungsmaterials 30 geschlossen werden, das sich auf der Garraumseite der Sensorfläche 22 befindet.
Dadurch, dass die Beleuchtung der Sensorfläche 22 flächenhaft ist, kann die Steuerung 28 zudem den Flächenbereich der Sensorfläche 22 auswerten, der auf der Garraumseite mit Verschmutzungsmaterial 30 bedeckt ist. So lässt sich auch der Flächenverschmutzungsgrad ermitteln.
Der Lichtsensor 26 kann einen monochromatischen Filter aufweisen, wobei die Lichtquelle 24 dann vorzugsweise monochromatisches Licht aussendet. In einer alternativen Ausgestaltung sendet die Lichtquelle 24 Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen aus, was ebenfalls zur Erkennung der Art des Verschmutzungsmaterials 30 verwendet werden kann, da der Brechungsindex des Glases der Sensorfläche 22 sowie des Verschmutzungsmaterials 30 auch von der verwendeten Lichtwellenlänge abhängt. In diesem Fall sollte die Lichtquelle 24 moduliertes Licht aussenden, was die Unterdrückung von Fremdlichtanteilen bei der Auswertung im Lichtsensor 26 bzw. in der Steuerung 28 erleichtert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012218002 A1 [0005]

Claims

Gargerät mit einem Garraum (12), der von mindestens einer Garraumwand (14) umgeben ist, und einem optischen Verschmutzungssensor (20), dadurch gekennzeichnet, dass der optische Verschmutzungssensor (20) eine transparente Sensorfläche (22), eine Lichtquelle (24) und einen Lichtsensor (26) aufweist, wobei die Sensorfläche (22) Teil der Garraumwand (14) ist und die Lichtquelle (24) und der Lichtsensor (26) außerhalb des Garraums (12) so angeordnet sind, dass Licht (L₁) von der Lichtquelle (24) schräg auf die Sensorfläche (22) fällt und von der Sensorfläche (22) reflektiertes Licht (L₂) vom Lichtsensor (26) empfangen wird.
Gargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfläche (22) eine Glasscheibe ist.
Gargerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfläche (22) in einer Aussparung der Garraumwand (14) angeordnet ist.
Gargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (24) durch mindestens eine LED gebildet ist.
Gargerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (24) mehrere LEDs aufweist.
Gargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein monochromatischer Filter vorgesehen ist.
Gargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (26) einen CCD-Sensor enthält.
Verfahren zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades eines Gargeräts (10) mittels eines Verschmutzungssensors (20), der eine transparente Sensorfläche (22), eine Lichtquelle (24) und einen Lichtsensor (26) aufweist, wobei die Sensorfläche (22) Teil der Garraumwand (14) ist und die Lichtquelle (24) und der Lichtsensor (26) außerhalb des Garraums (12) so angeordnet sind, dass Licht (L₁) von der Lichtquelle (24) schräg auf die Sensorfläche (22) fällt und von der Sensorfläche (22) reflektiertes Licht (L₂) vom Lichtsensor (26) empfangen wird, wobei eine Steuerung (28) vorgesehen ist, die das vom Lichtsensor (26) empfangene Licht (L₂) mit dem von der Lichtquelle (24) ausgesandten Licht (L₁) vergleicht und abhängig vom Ergebnis des Vergleichs auf einen bestimmten Verschmutzungsgrad schließt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (24) monochromatisches Licht aussendet.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (24) Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen aussendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (26) bzw. die Steuerung (28) den Winkelbereich der ausgelöschten Totalreflexion bestimmt und daraus auf das Verschmutzungsmaterial (30) schließt, dass sich auf der Garraumseite der Sensorfläche (22) befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (28) den Flächenbereich der Garraumseite der Sensorfläche (22) auswertet, der mit Verschmutzungsmaterial (30) bedeckt ist.