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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Gargeräts, das zumindest zwei Mikrowellenquellen umfasst.
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Aus dem Stand der Technik sind Gargeräte bekannt, welche eine Mikrowellenquelle aufweisen, die eine Mikrowellenstrahlung erzeugt. Mit der erzeugten Mikrowellenstrahlung wird ein im Gargerät befindliches Gargut gegart. Ferner sind Gargeräte aus dem Stand der Technik bekannt, die mehrere Mikrowellenquellen aufweisen, wodurch eine höhere Gesamt-Nennleistung erreicht werden kann, da die jeweiligen Einzelleistungen der Mikrowellenquellen zu einer Gesamtleistung addiert werden. Die von den Mikrowellenquellen bereitgestellte Leistung kann von dem Nutzer bzw. dem Garprogramm auch nur teilweise abgerufen werden, wobei dies eine feine Ansteuerung der Mikrowellenquellen erfordert. Die Mikrowellenquellen werden dabei typischerweise derart angesteuert, dass zwischen einzelnen Ansteuerungsphasen der Mikrowellenquellen Leerlaufphasen sind, sodass sich im Mittel eine Teilleistung der theoretisch zur Verfügung stehenden Gesamt-Nennleistung ergibt. Gerade bei hohen gewünschten Sollleistungen des Gargeräts hat dies jedoch zur Folge, dass die Leerlaufphasen der einzelnen Mikrowellenquellen sehr kurz ausfallen, wodurch die Mikrowellenquellen in kurzen Zeitabständen mit ihrer vollen Leistung geschaltet werden. Es hat sich dabei herausgestellt, dass der Verschleiß der Mikrowellenquellen aufgrund der großen Stromlasten beim Ein- und Ausschalten entsprechend hoch ist.
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Aus der
US 5,451,750 A ist eine Steuerung für ein Magnetron bekannt, bei der die vom Magnetron abgegebene Leistung über die Stromsteuerung des Magnetrons geregelt wird, sodass die Leistung im Dauerbetrieb stabil ist.
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In der
US 4,900,885 A ist eine Steuerung eines einzigen Magnetrons bekannt, bei der eine Pulsweitenmodulation (PWM) angewandt wird.
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Aus der
US 2002/0084695 A1 ist eine Steuerung samt einer einzigen Leistungsquelle bekannt, mit der zwei Magnetrons im Dauerbetrieb angesteuert werden können, wobei beide Magnetrons gleich angesteuert werden.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Ansteuerungsverfahren derart weiterzuentwickeln, dass die Mikrowellenquellen schonend betrieben werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Ansteuerung eines Gargeräts gelöst, das zumindest zwei Mikrowellenquellen umfasst, die gemeinsam eine Gesamtleistung erzeugen, die in mehrere Leistungsbereiche unterteilbar ist, wobei zumindest in einem bestimmten Leistungsbereich beide Mikrowellenquellen gleichzeitig im Betrieb sind und entgegengesetzt rampenartig angesteuert werden. Der Grundgedanke der Erfindung sieht vor, dass beide Mikrowellenquellen in dem bestimmten Leistungsbereich gleichzeitig und dauerhaft eingeschaltet sind, wobei sie derart gegenläufig angesteuert werden, dass sich kein konstantes Leistungsverhältnis der beiden Mikrowellenquellen einstellt. Hierdurch wird im Mittel eine Teilleistung der Gesamt-Nennleistung erreicht, wobei die Mikrowellenquellen nicht ein- oder ausgeschaltet werden müssen. Da keine Leerlaufphasen der Mikrowellenquellen vorgesehen sind, werden die beim Schalten auftretenden Schaltströme vermieden, wodurch der Verschleiß der Mikrowellenquellen entsprechend verringert ist. Des Weiteren wird durch die gegenläufige Ansteuerung der Mikrowellenquellen und die damit verbundenen Lastwechsel eine gleichmäßige Verteilung der Lasten erreicht.
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Durch die rampenartige Ansteuerung wird erreicht, dass die entgegengesetzt angesteuerten Mikrowellenquellen ein konstantes Gesamtleistungsniveau aufweisen, wobei sich das Leistungsverhältnis zwischen den beiden Mikrowellenquellen umkehren kann. Ferner ist eine rampenartige Leistungssteigerung bzw. -senkung der Mikrowellenquellen besonders schonend. Der Verschleiß der Mikrowellenquellen wird dadurch weiter gesenkt.
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Vorzugsweise erzeugen die beiden Mikrowellenquellen zumindest im bestimmten Leistungsbereich eine konstante Gesamtleistung. Dies wird dadurch erreicht, dass die Leistungskurven der beiden Mikrowellenquellen exakt gegenläufig verlaufen.
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Insbesondere liegt der bestimmte Leistungsbereich oberhalb von 50 % der Gesamt-Nennleistung. In diesem Leistungsbereich sind beide Mikrowellenquellen dauerhaft im Einsatz, sodass die extrem hohen Schaltlasten vermieden werden, welche in dem oberen Leistungsbereich des Gargeräts typischerweise auftreten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der bestimmte Leistungsbereich in zwei Leistungsteilbereiche unterteilbar ist, in denen die beiden Mikrowellenquellen jeweils unterschiedlich gegenläufig angesteuert werden. Durch die unterschiedliche Ansteuerung der beiden Leistungsteilbereiche können unterschiedlich hohe Gesamtleistungen in den jeweiligen Leistungsteilbereichen erreicht werden, wobei die Ansteuerung feineingestellt ist. Die Feineinstellung betrifft die konkrete Ansteuerung der Mikrowellenquellen und sorgt dafür, dass die gegenläufigen Rampen in den Leistungsteilbereichen möglichst groß ausgebildet sind, sodass die Mikrowellenquellen besonders schonend über eine große Rampe angesteuert werden. Dies hat zur Folge, dass die feineingestellte Ansteuerung der Mikrowellenquellen in einem ersten Leistungsteilbereich nicht auf die Ansteuerung in einem zweiten Leistungsteilbereich übertragbar ist.
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Beispielsweise umfasst der erste Leistungsteilbereich einen Bereich zwischen 50 % und 68 % der Gesamt-Nennleistung, wobei der zweite Leistungsteilbereich einen Bereich zwischen 68 % und 100 % der Gesamt-Nennleistung umfasst. Die beiden Mikrowellenquellen können somit im Dauereinsatz einen Bereich abdecken, der zwischen 50 % und 100 % der Gesamt-Nennleistung liegt. Die beiden Leistungsteilbereiche unterscheiden sich dabei lediglich in der konkreten gegenläufigen Ansteuerung der einzelnen Mikrowellenquellen. Beide Leistungsteilbereiche haben gemein, dass die Mikrowellenquellen dauerhaft im Betrieb sind und gegenläufig angesteuert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leistungsbereiche unterschiedlich angesteuert werden. Der obere Leistungsbereich, welcher zwischen 50% und 100% der Gesamt-Nennleistung abdecken kann, zeichnet sich dadurch aus, dass die Mikrowellenquellen gegenläufig angesteuert werden. In einem weiteren Leistungsbereich kann ein anderes Ansteuerungsverfahren vorgesehen sein, um die Mikrowellenquellen möglichst schonend und ökonomisch zu betreiben.
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Insbesondere ist zumindest ein weiterer Leistungsbereich vorgesehen, in dem die beiden Mikrowellenquellen abwechselnd in Betrieb sind. Die Mikrowellenquellen werden in dem weiteren Leistungsbereich somit alternierend angesteuert, sodass lediglich eines der beiden Mikrowellenquellen im Betrieb ist. Die beiden Mikrowellenquellen werden aus Gründen der Gleichmäßigkeit dennoch wechselseitig angesteuert. In dem weiteren Leistungsbereich werden die beiden Mikrowellenquellen mit gleichen Taktungszeiten geschaltet. Als Taktungszeit ist die Zeit zwischen zwei Einschaltpunkten einer Mikrowellenquelle gemeint. Bei dem weiteren Leistungsbereich handelt es sich vorzugsweise um einen unteren Leistungsbereich, der einen Bereich unterhalb von 50 % der Gesamt-Nennleistung abdeckt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Mikrowellenquellen in dem weiteren Leistungsbereich nicht mit ihrer vollen individuellen Nennleistung angesteuert werden. Auf diese Weise werden die hohen Schaltströme vermieden, die die Mikrowellenquellen belasten.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass jede Mikrowellenquelle zwischen 35 % und 100 % seiner individuellen Nennleistung abrufen kann und in diesem Bereich steuer- bzw. regelbar ist. Die Mikrowellenquellen können beispielsweise über ein Netzteil derart gesteuert bzw. geregelt werden, dass sie nur einen Teil ihrer Nennleistung bereitstellen. Entsprechend ihrer bereitgestellten Leistung sind somit alle Leistungsbereiche des Gargeräts einstellbar. Gerade für das gegenläufige rampenartige Ansteuerungsverhalten der Mikrowellenquellen sind stufenlos leistungsgesteuerte bzw. leistungsgeregelte Mikrowellenquellen nötig, wobei dies über das Netzteil ermöglicht wird. Die Mikrowellenquellen selbst benötigen hierzu keine besonderen Eigenschaften.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der weitere Leistungsbereich zwischen 0 % und 18% der Gesamt-Nennleistung, wobei die Mikrowellenquellen wechselseitig mit bis zu 50 % ihrer individuellen Nennleistung angesteuert werden. Die Gesamtleistung des weiteren Leistungsbereichs kann dabei über die Taktungszeiten der beiden Mikrowellenquellen eingestellt werden, wobei Leerlaufzeiten der Mikrowellenquellen die Gesamtleistung ähnlich einer Pulsweitenmodulation entsprechend regulieren.
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Insbesondere ist ein zusätzlicher Leistungsbereich vorgesehen, der zwischen 18 % und 50 % der Gesamt-Nennleistung umfasst, wobei die Mikrowellenquellen wechselseitig mit bis zu 100 % ihrer individuellen Nennleistung angesteuert werden. Auch in dem zusätzlichen Leistungsbereich kann die Gesamtleistung der beiden Mikrowellenquellen über die Leerlaufzeiten bzw. Pausen der beiden Mikrowellenquellen bzw. der entsprechenden Schalttaktungen reguliert werden.
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Bei den Mikrowellenquellen kann es sich um Magnetrons handeln.
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Alternativ können die Mikrowellenquellen durch Halbleiterverstärker ausgebildet sein. Die Halbleiterverstärker können dann auch über ihre Frequenz gesteuert werden.
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Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung ist ein Leistungsdiagramm eines Gargeräts dargestellt.
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Auf der Y-Achse des Diagramms ist die Leistung in Prozent angegeben, welche gegen die auf der X-Achse angegebene Zeit aufgetragen ist. Die Leistung bezieht sich dabei auf die jeweilige Nennleistung, sodass bei 100 % die gesamte theoretisch zur Verfügung stehende Leistung abgerufen wird.
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In dem Diagramm sind insgesamt drei Graphen gezeigt, wobei die Graphen eine erste Leistungskurve 10 (gepunktet) eines ersten Magnetrons, eine zweite Leistungskurve 12 (gestrichelt) eines zweiten Magnetrons und eine Sollleistungskurve 14 (lang gestrichelt) der Sollleistung des Gargeräts umfassen.
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Darüber hinaus kann das Diagramm in drei Zeitbereiche unterteilt werden, denen jeweils ein Leistungsbereich zugeordnet ist. Ein erster Leistungsbereich L1 liegt zwischen der Zeitspanne T0 und T1, ein zweiter Leistungsbereich L2 zwischen T1 und T2 und ein dritter Leistungsbereich L3 zwischen T2 und T4.
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Der dritte Leistungsbereich ist darüber hinaus in zwei Leistungsteilbereiche unterteilbar, wobei der erste Leistungsteilbereich Lt1 zwischen T2 und T3 und der zweite Leistungsteilbereich Lt2 zwischen T3 und T4 liegen.
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Das Ansteuerungsverfahren der beiden Magnetrons ist dabei derart ausgebildet, dass die Ein- bzw. Ausschaltzeiten optimiert sind, sodass möglichst wenige Schaltvorgänge die Magnetrons belasten.
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Im ersten Leistungsbereich L1 soll eine Sollleistung P von 10 % erreicht werden. Hierzu werden die beiden Magnetrons jeweils alternierend mit einer Leistung P1, P2 von 50 % ihrer individuellen Nennleistung angesteuert. Die Gesamtleistung von 10 % ergibt sich dabei über die im ersten Leistungsbereich L1 vorgesehenen Leerlaufzeiten bzw. Pausen, in denen weder das erste noch das zweite Magnetron eingeschaltet ist. Die Leerlaufphasen sind dabei derart ausgebildet, dass sich im Mittel eine Gesamtleistung von 10 % ergibt, welcher der Sollleistung P entspricht.
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Wird die Sollleistung P auf beispielsweise 30 % erhöht, wie dies im zweiten Leistungsbereich L2 vorgesehen ist, so werden die beiden Magnetrons mit einer individuellen Leistung P1, P2 von 100 % ihrer individuellen Nennleistung angesteuert. Aufgrund der alternierend ausgeführten Ansteuerungsverfahren der beiden Magnetrons ergibt sich eine Gesamtleistung von 30 %, welche ebenfalls auf die konkrete Ausgestaltung der Leerlaufphasen bzw. Pausen basiert.
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Die Taktungszeiten der beiden Magnetrons sind dabei identisch, das heißt die Zeitspanne zwischen zwei Einschaltpunkten ist bei beiden Magnetrons gleich.
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Die Leistungsphasen der beiden Magnetrons sind ebenfalls identisch, wobei die Leistungsphase die Zeitspanne zwischen dem Einschaltpunkt und dem Ausschaltpunkt eines jeweiligen Magnetrons ist.
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Über die Ausgestaltung der Taktungszeiten, der Leistungsphasen sowie der Leerlaufphasen wird eine Optimierung der Anzahl der Ein- und Ausschaltpunkte erreicht, sodass die Magnetrons so wenig wie nötig ein- bzw. ausgeschaltet werden, wodurch die Belastung minimiert wird.
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Ab dem Zeitpunkt T2 soll im ersten Leistungsteilbereich Lt1 des dritten Leistungsbereichs L3 die Sollleistung P 60 % der Gesamt-Nennleistung erreichen, wobei die beiden Magnetrons nun dauerhaft im Einsatz sind. Dadurch werden die hohen Schaltströme vermieden, die bei einem alternierenden Ansteuerungsverfahren in diesem Leistungsbereich L3 häufig auftreten müssten, um die hohe Gesamtleistung bereitzustellen.
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Um die Teilleistung von 60 % der Gesamt-Nennleistung zu erreichen, werden die Magnetrons gegenläufig angesteuert, sodass sich im Mittel die gewünschte Sollleistung P einstellt.
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Aus dem Diagramm ist anhand der Leistungskurven 10, 12 gut zu erkennen, dass die beiden Magnetrons jeweils gegenläufig rampenartig angesteuert werden, wobei ab dem Zeitpunkt T2 zunächst die erste Leistungskurve 10 des ersten Magnetrons von 60 % bis auf 85 % seiner individuellen Nennleistung hochgefahren wird, um dann abzufallen.
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Die zweite Leistungskurve 12 des zweiten Magnetrons verläuft dabei ausgehend von dem Zeitpunkt T2 entgegengesetzt, wobei das Magnetron ebenfalls bei 60 % seiner individuellen Nennleistung startet und auf ein Niveau von 35 % abfällt, um dann wieder anzusteigen.
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Der Hochpunkt der ersten Leistungskurve 10 des ersten Magnetrons fällt mit dem Tiefpunkt der zweiten Leistungskurve 12 des zweiten Magnetrons zum Zeitpunkt TA zusammen.
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In diesem Leistungsteilbereich Lt1 des dritten Leistungsbereichs L3, welcher einen Bereich von 50 % bis ca. 68 % der Gesamt-Nennleistung abdeckt, kann die Leistung P1 des ersten Magnetrons generell zwischen 35 % und 65 % oder zwischen 35 % und 100 % seiner individuellen Nennleistung betragen, wobei die obere Grenze von der gewünschten Sollleistung P des Gargeräts abhängt.
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Die obere Grenze der Leistung Pmax des ersten Magnetrons in dem ersten Leistungsteilbereich
Lt1 des dritten Leistungsbereichs
L3 ergibt sich aus der Formel:
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Die Leistung
P2 des zweiten Magnetrons ist gegenläufig zu der Leistung
P1 des ersten Magnetrons, wobei sie sich über die Formel
ergibt.
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Dies bedeutet, dass bei einer Sollleistung P von 50 % der Gesamt-Nennleistung, die Leistung P1 des ersten Magnetrons zwischen 35 % und 65 % und die Leistung P2 des zweiten Magnetrons entsprechend entgegengesetzt zur Leistung P1 des ersten Magnetrons zwischen 65 % und 35 % rampenartig verfahren werden.
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Bei einer Sollleistung P von ca. 68 % der Gesamt-Nennleistung ergeben sich ein Verfahrbereich von 35 % und 100 % für die Leistung P1 des ersten Magnetrons und ein Verfahrbereich von 100 % und 35 % für die Leistung P2 des zweiten Magnetrons.
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Für eine Sollleistung P von 60 % der Gesamt-Nennleistung, wie in dem Diagramm gezeigt, ergeben sich somit ein Verfahrbereich von 35 % und 85 % für die Leistung P1 des ersten Magnetrons und ein Verfahrbereich von 85 % und 35 % für die Leistung P2 des zweiten Magnetrons.
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Im gezeigten Diagramm wird ab dem Zeitpunkt T3 zu einer höheren Sollleistung P geschaltet. Andernfalls würde der Verlauf der ersten Leistungskurve 10 ab dem Zeitpunkt T3 demjenigen der zweiten Leistungskurve 12 ab dem Zeitpunkt T2 entsprechen, wodurch die erste Leistungskurve 10 rampenartig bis auf 35 % absinken würde, während die zweite Leistungskurve 12 auf 85 % ansteigt.
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Im Zeitpunkt T3 wird die Sollleistung P auf ein Niveau von 80 % der Gesamt-Nennleistung eingestellt. Dieses Gesamtleistungsniveau entspricht dem zweiten Leistungsteilbereich Lt2 des dritten Leistungsbereichs L3, in dem sich das Ansteuerungsverfahren für die beiden Magnetrons gegenüber demjenigen im ersten Leistungsteilbereich Lt1 ändert.
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Im Zeitpunkt T3 weisen die beiden Magnetrons eine Leistung P1, P2 von 80 % ihrer jeweiligen Nennleistung auf. Die erste Leistungskurve 10 des ersten Magnetrons wird ab dem Zeitpunkt T3 auf ein Niveau von 100 % hochgefahren, um dann abzusinken, während die zweite Leistungskurve 12 des zweiten Magnetrons dagegen bis auf ein Niveau von 60 % sinkt, um dann rampenartig nach oben bis auf 100 % zu fahren.
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Die untere Leistungsgrenze Pmin des ersten Magnetrons im zweiten Leistungsteilbereich
Lt2 ist dabei wiederum von der gewünschten Sollleistung
P abhängig und ergibt sich über die Formel:
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Die Leistung
P2 des zweiten Magnetrons ist entsprechend gegenläufig, wobei sie sich analog zum ersten Leistungsteilbereich
Lt1 über die Formel
berechnen lässt.
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Beiden Leistungsteilbereichen Lt1, Lt2 des oberen Leistungsbereichs L3 (oberhalb von 50 % der Gesamt-Nennleistung) ist somit gemein, dass die beiden Magnetrons dauerhaft im Einsatz sind. Über die gegenläufige Ansteuerung wird dennoch eine konstante Gesamtleistung erreicht, die einen Teil der Gesamt-Nennleistung ausmachen kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Magnetrons in ihrer Leistungsabgabe steuer- bzw. regelbar sind.
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Mit dem erfindungsgemäßen Ansteuerungsverfahren ist es gelungen, die Magnetrons über den gesamten Leistungsbereich derart ansteuern zu können, dass möglichst geringe Schaltungen auftreten, wobei gerade im oberen Leistungsbereich die ansonsten auftretenden vielen Schaltungen mit hohen Lasten vermieden werden.
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Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind Magnetrons als Mikrowellenquellen verwendet worden. Alternativ sind auch Halbleiterverstärker als Mikrowellenquellen anwendbar.
