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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Haushaltsgeräts und ein Haushaltsgerät, das zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist. Das Haushaltsgerät kann insbesondere ein Ofen sein, z. B. mit einer Mikrowellenfunktion.
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Mikrowellenöfen weisen typischerweise ein Entstörfilter auf, welcher bekannte X2- und Y2-Kondensatoren mit relativ großen Kapazitäten beinhaltet, die auf Netzspannung eines Versorgungsnetzes geladen sind. Bei Geräten mit einer steckbaren Netzanschlussleitung sollten die Kapazitäten innerhalb kurzer Zeit auf einen kleinen Spannungswert entladen werden, nachdem das Gerät z. B. durch Ziehen eines Netzsteckers von dem Versorgungsnetz getrennt worden ist. Zum Entladen der Kapazitäten wird bisher ein ohmscher Entladewiderstand verwendet, z. B. mit einem Widerstandswert von 75 kΩ. Der Entladewiderstand ist zwischen einer Phase und einem Nullleiter des Mikrowellenofens verdrahtet und steht ständig unter Netzspannung. Getrieben von der Netzspannung fließt ständig ein Strom ('Entladestrom') durch den Entladewiderstand, und es wird ständig eine Verlustleistung umgesetzt, typischerweise in einem Bereich von mehreren 100 mW.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verlustleistung des Haushaltsgeräts bei einer gleichzeitig ausreichenden Entladung des Entstörfilters bei einem Lösen der Netzverbindung zu vermindern.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Haushaltsgeräts, wobei das Haushaltsgerät mindestens eine lösbare Netzverbindung zu einem Versorgungsnetz, ein Entstörfilter mit mindestens einer Kapazität und mindestens ein Entladeelement zum Entladen der mindestens einen Kapazität aufweist. Bei dem Verfahren wird auf ein Lösen der Netzverbindung hin das mindestens eine Entladeelement zum Entladen der mindestens einen Kapazität eingeschaltet. Durch das mindestens eine Entladeelement fließt somit nicht permanent ein Entladestrom, sondern nur kurzzeitig bei Aktivierung im Bedarfsfall. Dadurch kann die durch den bisher verwendeten Entladewiderstand dauernd erzeugte Verlustleistung von mehreren 100 mW vermieden werden, insbesondere in einem Standbybetrieb. Die mindestens eine Kapazität kann für das Störfilter beispielsweise die X2- und Y2-Kondensatoren umfassen.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass das mindestens eine Entladeelement mindestens einen Verbraucher umfasst, welcher während eines normalen Betriebs des Haushaltsgeräts eingeschaltet wird. Es braucht somit kein speziell zum Entladen der Kapazitäten vorgesehenes Bauteil bereitgestellt werden, was Kosten spart und die Aufbaukomplexität verringert. Der Verbraucher braucht während des normalen Betriebs nicht dauernd eingeschaltet zu sein, sondern es reicht aus, dass er während eines normalen Betriebs des Haushaltsgeräts einschaltbar ist bzw. eingeschaltet werden kann. Während des normalen Betriebs, wenn das Haushaltsgerät mit der Netzspannung versorgt wird, fließt bei angeschaltetem Verbraucher ebenfalls ein Entladestrom des Entstörfilters über den Verbraucher, jedoch erstens bei einer an die Phase und den Nullleiter angelegten Wechselspannung nur periodisch und zweitens nur bei angeschaltetem Verbraucher. Bei ausgeschaltetem Verbraucher bzw. ausgeschalteten Verbrauchern fließt der Strom der Kapazität(en) zurück in das Versorgungsnetz. Der Vorteil eines einschaltbaren Verbrauchers (als Entladeelement) liegt weiterhin darin, dass zum Einschalten des Verbrauchers nach dem Lösen der Netzverbindung kein spezieller Schalter vorgesehen zu werden braucht, sondern der im normalen Betrieb zum Einschalten verwendete Schalter benutzt werden kann.
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Beispielsweise ist es eine Ausgestaltung, dass der Verbraucher nur während bestimmter Betriebsarten und/oder sensorabhängig, z. B. temperaturabhängig, eingeschaltet wird.
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Jedoch ist das Verfahren nicht auf Energieumwandler wie motorisch betriebene Bauelemente und/oder Heizkörper beschränkt. Das mindestens eine Entladeelement kann z. B. auch ein passives Bauelement, z. B. eine Last, wie einen dedizierten Entladewiderstand umfassen. Allgemein ist die Art des Entladeelements nicht beschränkt.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass das mindestens eine Entladeelement einen Lüfter umfasst. Ein Lüfter ist für eine schnelle Entladung besonders geeignet, da er bzw. sein. Lüftermotor einen geringen Widerstand aufweist, in der Regel individuell einschaltbar ist und im Betrieb sicherheitsunkritisch ist.
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Es ist eine spezielle Ausgestaltung, dass das mindestens eine Entladeelement ein Umluftgebläse bzw. dessen Umluftmotor umfasst. Das Umluftgebläse ist insbesondere in den meisten Öfen vorhanden, so dass eine nur geringe Anpassungsleistung bei der Implementierung der Entladung über das Umluftgebläse für verschiedene Geräte geleistet zu werden braucht.
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Alternativ kann auch jeder andere geeignete Lüfter verwendet werden, z. B. ein Wrasenlüfter, ein Kühllüfter usw.). Bei einem Haushaltsgerät mit einer Mikrowellenfunktion kann beispielsweise auch ein Antennenmotor als ein Entladeelement verwendet werden. Auch sind in Öfen Heizkörper als Entladeelemente abhängig von der Ofenart grundsätzlich geeignet, z. B. Oberhitzeheizkörper, Unterhitzeheizkörper, Heißluftheizkörper, Grillheizkörper usw.
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Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass das Entladeelement für eine vorbestimmte Zeitdauer eingeschaltet wird. Dadurch kann ein definierter Betriebszustand des Entladeelements nach einem erneuten Verbinden mit dem Versorgungsnetz erreicht werden.
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Es ist eine spezielle Ausgestaltung, dass das Haushaltsgerät zum Entladen der mindestens einen Kapazität eine Mindesteinschaltdauer für das Entladeelement von weniger als 1 s vorsieht. In anderen Worten ist das Entladeelement in der Lage bzw. dazu eingerichtet, innerhalb dieser Sekunde die Kapazitäten auf ein unkritisches Niveau zu entladen, z. B. auf unter 34 Volt. Dies wiederum bewirkt, dass ein Benutzer spätestens nach einer Sekunde mit hoher Wahrscheinlichkeit vor einem Stromschlag durch die Kapazitäten geschützt ist, z. B. bei einem Berühren der Kontakte eines gezogenen Netzsteckers.
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Es ist noch eine spezielle Ausgestaltung, dass das Haushaltsgerät zum Entladen der mindestens einen Kapazität eine Mindesteinschaltdauer für das Entladeelement von weniger als 100 ms vorsieht. In anderen Worten ist das Entladeelement in der Lage bzw. dazu eingerichtet, innerhalb dieser Zehntel Sekunde die Kapazitäten auf ein unkritisches Niveau zu entladen. Dadurch wird die Betriebssicherheit für einen Benutzer weiter erhöht.
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Es ist außerdem eine spezielle Ausgestaltung, dass das Haushaltsgerät zum Entladen der mindestens einen Kapazität eine Mindesteinschaltdauer für das Entladeelement von weniger als 25 ms vorsieht, z. B. für ca. 20 ms. Dadurch wird die Betriebssicherheit für einen Benutzer noch weiter erhöht.
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Während das Entladeelement in der Lage ist, die Kapazität(en) innerhalb der vorbestimmten Mindesteinschaltdauer auf das vorbestimmte Maß, z. B. Spannungsniveau, zu entladen, kann eine längere Entladedauer die Spannung weiter reduzieren.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Lösen der Netzverbindung durch ein Fehlen mindestens eines netzverbindungsabhängigen Signals detektiert wird. Das netzverbindungsabhängige Signal ist ein Signal, das vorliegt oder erzeugt werden kann, wenn eine Netzverbindung vorhanden ist, und fehlt, falls die Netzverbindung gelöst wird oder ist. Das netzverbindungsabhängige Signal kann z. B. ein netzsynchrones Signal sein, insbesondere ein netzsynchrones Rechtecksignal. Allgemeinen kann ein netzabhängiges periodisches Signal und/oder ein netzabhängiges nichtperiodisches Signal (z. B. ein aus der Netzspannung erzeugter Gleichspannungspegel) verwendet werden.
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Das Lösen der Netzverbindung kann insbesondere durch eine Logikschaltung (Mikrokontroller, Prozessor, ASIC, FPGA usw.) detektiert werden, insbesondere falls eine solche Logikschaltung bereits ein netzverbindungsabhängiges Signal (z. B. das netzsynchrone Rechtecksignal) für andere Zwecke verwendet, so dass ein Implementierungsaufwand gering ist. Die Logikschaltung kann einen Teil einer zentralen Steuerschaltung darstellen; die Detektion des Lösens der Netzverbindung und das Einschalten des mindestens einen Entladeelements kann dann insbesondere durch die gleiche Schaltung ausgeführt werden.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass auf das Detektieren des Lösens der Netzverbindung hin eine Abschaltroutine durchgeführt wird, wobei das Einschalten das Entladeelement zur Entladung der Kapazitäten des Entstörfilters einen Teil der Abschaltroutine darstellt. Dadurch wird ein geordnetes Abschalten des Haushaltsgeräts erreicht. Zur Durchführung der Abschaltroutine wird von der Logikschaltung ein in dem Haushaltsgerät vorhandener und für einen ausreichend langen Betrieb der Logikschaltung geeigneter Energiespeicher, z. B. eine Kapazität, verwendet.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Haushaltsgerät, wobei das Haushaltsgerät zur Durchführung eingerichtet ist.
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Das Haushaltsgerät kann beispielsweise mindestens eine lösbare Netzverbindung zu einem Versorgungsnetz, ein Entstörfilter mit mindestens einer Kapazität und mindestens ein Entladeelement zum Entladen der mindestens einen Kapazität aufweisen und dazu eingerichtet sein, auf ein Lösen der Netzverbindung hin das mindestens eine Entladeelement zum Entladen der mindestens einen Kapazität einzuschalten. Nur während dieser kurzen Zeit fließt der Entladestrom. Ein ständiger Strom durch einen permanent eingehängten Entladewiderstand wird vermieden. Der Standby-Energieverbrauch wird erheblich verringert.
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Das Haushaltsgerät kann analog zu den Ausgestaltungen des Verfahrens weitergebildet sein.
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Das Haushaltsgerät kann in einer Ausgestaltung zum Detektieren des Lösens der Netzverbindung eine Überwachungseinheit aufweisen. Die Überwachungseinheit kann als eine oder mit einer Logikschaltung ausgebildet sein, insbesondere als Teil einer zentralen Steuereinheit.
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Die Logikschaltung kann insbesondere zur Detektion des Lösens der Netzverbindung durch ein Fehlen mindestens eines netzverbindungsabhängigen Signals, insbesondere eines netzsynchronen Signals, insbesondere eines netzsynchronen Rechtecksignals, eingerichtet sein. Durch die Logikschaltung (einem Mikrocontroller usw.) wird somit mittels des netzverbindungsabhängigen Signals detektiert, ob die Versorgungs- bzw. Netzspannung, und damit auch der Netzanschluss, vorhanden sind oder nicht.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass das Entstörfilter und das Entladeelement parallel zwischen eine Phase und einen Nulleiter geschaltet sind.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das Entladeelement durch ein Relais geschaltet wird, alternativ durch einen anderen Schalter wie einen Triac usw.
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Das Haushaltsgerät kann insbesondere als ein Ofen ausgestaltet sein, insbesondere als ein Ofen mit einer Mikrowellenfunktion (Mikrowellen-Stand-Alone-Gerät, Mikrowellenofen/Backofen-Kombinationsgerät usw.).
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In der folgenden Figur wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus einer Schaltskizze eines erfindungsgemäßen kombinierten Mikrowellen-/Backofens.
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Der Ofen weist eine Phase P und einen Nullleiter N auf, zwischen welche mehrere Bauelemente eingehängt sind.
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Beispielsweise befindet sich zwischen der Phase P und dem Nullleiter N ein Funkentstörfilter Z10, welches verschiedene parallel verschaltete Kapazitäten (ohne Bezugszeichen) aufweist, umfassend eine X2-Kapazität und eine Y2-Kapazität. Die Funktionsweise von Entstörfiltern ist gut bekannt. Um die Kapazitäten des Funkentstörfilters Z10 bei einem Lösen einer Netzverbindung und damit einem spannungslos Schalten der Phase P und des Nullleiters N schnell zu entladen, wurde bisher in dem Funkentstörfilter Z10 ein hier gestrichelt eingezeichneter Entladewiderstand EW von z. B. 75 kΩ dauerhaft parallel zu den Kapazitäten geschaltet. Bei dem Lösen der Netzverbindung fließt über den Entladewiderstand EW ein durch die Kapazitäten getriebener Entladestrom. Nachteilig bei der Verwendung des Entladewiderstands EW ist, dass bei Vorhandensein der Netzspannung über den Entladewiderstand EW dauernd ein Verluststrom von beispielsweise 700 mW fließt. Dieser Verluststrom fließt also auch während eines Standby-Betriebs, bei dem der Ofen an dem Versorgungsnetz angeschlossen ist, aber nicht in einer Betriebsart betrieben wird.
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In einem normalen Betrieb des Ofens, bei dem dieser in einer Betriebsart betrieben wird, kann das eingebrachte Gargut durch Mikrowellen und/oder durch Wärme behandelt werden. Zur Erzeugung der Mikrowellen ist ein Magnetron E8 vorhanden, und zur Erzeugung der Wärme sind ein Unterhitzeheizkörper E12, ein Grillheizkörper E17, ein Umluftheizkörper E19 und ein weiterer Grillheizkörper E27 vorhanden, welchen jeweilige Leistungsrelais K17, K19, K39 bzw. K27 zugeordnet sind. Die Heizkörper E12, E17, E19 und E27 sind ferner in Reihe mit zwei Temperaturbegrenzern R14 und einer Garraum-Verriegelung Y3 geschaltet.
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Die Garraum-Verriegelung Y3 ist ebenfalls mit einem Temperaturbegrenzer R36 verbunden und weist zudem zwei Endschalter F31 und F32 zur Detektion eines Aufsitzens einer Garraumtür und einen Verriegelungsmotor M10 für die Garraumtür auf. Die Garraum-Verriegelung Y3 ist ferner mit einem Schalter S13 zur Leistungsumschaltung ausgerüstet.
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Dem Magnetron E8 ist ein Inverter T20 vorgeschaltet, welcher wiederum mit einem Temperaturbegrenzer R7 verbunden ist. Das Magnetron E8 und ein Antennenmotor M6 zum Drehen einer Mikrowellenantenne werden gemeinsam über ein Leistungsrelais K2 eingeschaltet.
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Das Magnetron E8, der Antennenmotor M6 und die Heizkörper E12, E17, E19 und E27 sind ferner seriell zu einem gemeinsamen Leistungsrelais K51 geschaltet, so dass jedes dieser Elemente mindestens durch zwei Schalter abgesichert ist.
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Zwischen die Phase P und den Nullleiter N sind ferner ein Transformator T15 zum Betrieb einer Backofenlampe E22 und mehrere Motoren parallel geschaltet, nämlich ein Kühlgebläsemotor M1, ein Umluftmotor M3 eines Umluftgebläses, ein Motor M4 eines Wrasenlüfters und einen Motor M7 eines Magnetronlüfters. Der Transformator T15, der Umluftmotor M3, der Motor M4 des Wrasenlüfters und der Motor M7 eines Magnetronlüfters sind durch ein jeweiliges Relais K24, K15, K37 bzw. K10 einschaltbar, welche keine Leistungsrelais sein. Der Kühlgebläsemotor M1 ist durch zwei Relais K36 oder K09 einschaltbar. Sämtliche steuerbaren Relais K2, K17, K12, K39, K27, K51, K15, K37, K36, K10, K24 und K09 sind auf einer gemeinsamen Steuerplatine K138 untergebracht.
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Zwischen der Phase P und dem Nullleiter N ist ferner ein Schaltnetzteil G1 angeordnet. Außerdem sind verschiedene Sicherheitsschalter F3, F4, F5 vorhanden.
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In dem erfindungsgemäßen Ofen fehlt der Entladewiderstand EW, wodurch der zugehörige Verluststrom nicht mehr auftritt. Bei oder nach einem Lösen der Netzverbindung werden die Kapazitäten des Entstörfilters Z10 dadurch gezielt entladen, dass der Umluftmotor M3 des Umluftgebläses über das Relais K15 für ca. 20 ms eingeschaltet wird. Nur für diese Zeit fließt der Entladestrom. Da nach dem Lösen der Netzverbindung nur noch ein geringer Strom für einen Betrieb des Haushaltsgeräts zur Verfügung steht, ist das verbrauchsgünstige Schalten des Umluftmotors M3 durch nur ein einziges Relais vorteilhaft.
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Das Schalten geschieht durch eine nicht dargestellte Steuerschaltung, die in Form eines Mikrocontrollers implementiert ist. Die Steuerschaltung detektiert zunächst das Lösen der Netzverbindung dadurch, dass ein netzverbindungsabhängiges Signal, z. B. ein netzsynchrones Rechtecksignal, ausbleibt oder allgemein seinen Wert ändert. Dabei kann die Zeitdauer bzw. die Zahl der Signale, ab deren Fehlen das Lösen der Netzverbindung festgestellt wird, je nach Auslegung unterschiedlich gewählt sein. Das netzsynchrone Signal kann beispielsweise auch zur Taktung einer Speisung der Heizkörper herangezogen werden.
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Mit dem Lösen der Netzverbindung steht dem Ofen und damit auch der Steuerschaltung nur noch eine begrenzte nutzbare Strommenge und Laufzeit zur Verfügung. Um den Ofen definiert herunterzufahren, läuft auf der Steuerschaltung nach oder mit der Detektion des Lösens der Netzverbindung eine Abschaltroutine ab, welche als einen Teil das Einschalten des Umluftmotors M3 durch das Relais K15 vorsieht.
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Der erfindungsgemäße Ofen weist den Vorteil auf, dass zu seiner Implementierung keine zusätzlichen Bauelemente benötigt werden, vielmehr sogar der fest verdrahtete Entladewiderstand eingespart werden kann. So wird eine dauernde Verlustleistung durch den Entladewiderstand bei Netzverbindung vermieden.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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So kann die Entladung zusätzlich oder alternativ über einen anderen der Motoren und/oder über einen oder mehrere der Heizkörper geschehen. Auch ist es grundsätzlich möglich, den Entladewiderstand beizubehalten und in Reihe mit einem entsprechenden Schalter zu schalten.
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Die Schaltung der Verbraucher (Motoren, Heizkörper usw.) braucht nicht über Relais zu erfolgen, sondern kann über beliebige andere geeignete Schalter wie Triacs erfolgen.
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Die Erfindung ist nicht auf einen Ofen beschränkt, sondern kann auf beliebige Haushaltsgeräte angewandt werden, wie Kühlschränke, Waschmaschinen, Spülmaschinen usw.
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Das Lösen der Netzverbindung kann beispielsweise durch ein Ziehen eines Netzsteckers bewirkt werden.
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Bezugszeichenliste
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- E8
- Magnetron
- E12
- Unterhitzeheizkörper
- E17
- Grillheizkörper
- E19
- Umluftheizkörper
- E22
- Backofenlampe
- E27
- Grillheizkörper
- EW
- Entladewiderstand
- F3
- Sicherheitsschalter
- F4
- Sicherheitsschalter
- F5
- Sicherheitsschalter
- F31
- Endschalter
- F32
- Endschalter
- G1
- Schaltnetzteil
- K2
- Leistungsrelais
- K09
- Relais
- K10
- Relais
- K15
- Relais
- K17
- Leistungsrelais
- K19
- Leistungsrelais
- K24
- Relais
- K27
- Leistungsrelais
- K36
- Relais
- K37
- Relais
- K39
- Leistungsrelais
- K51
- Leistungsrelais
- K138
- Steuerplatine
- M1
- Kühlgebläsemotor
- M3
- Umluftmotor
- M4
- Motor eines Wrasenlüfters
- M6
- Antennenmotor
- M7
- Motor eines Magnetronlüfters
- M10
- Verriegelungsmotor
- N
- Nullleiter
- P
- Phase
- R7
- Temperaturbegrenzer
- R14
- Temperaturbegrenzer
- R36
- Temperaturbegrenzer
- S13
- Schalter zur Leistungsumschaltung
- T15
- Transformator
- T20
- Inverter
- Y3
- Garraum-Verriegelung
- Z10
- Funkentstörfilter
