DE102020208535A1 - Feststellen von Funkenüberschlägen während eines Mikrowellen-Behandlungsablaufs eines Haushalts-Mikrowellengeräts - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren dient zum Feststellen von Funkenüberschlägen in einem Behandlungsraum (2) eines Haushalts-Mikrowellengeräts (1) während eines Mikrowellen-Behandlungsablaufs, in dessen Verlauf ein Einstellwert mindestens eines Mikrowellen-Betriebsparameters (φ) variiert wird, wobei bei dem Verfahren während des Mikrowellen-Behandlungsablaufs Messwerte (LM) einer Leckagestrahlung unter gleichen Einstellwerten des mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameters (φ) mehrfach hintereinander gemessen werden und ein Funkenüberschlag erkannt wird, wenn eine Schwankungsbreite (LMS) der Messwerte (LM), die unter gleichen Einstellwerten gemessen worden sind, eine vorgegebene Schwankungsbreite (LMS_thr) erreicht oder überschreitet. Ein Haushalts-Mikrowellengerät (1) weist einen Mikrowellengenerator (5) zum Erzeugen von Mikrowellen, einen Behandlungsraum (2), der mittels der erzeugten Mikrowellen beaufschlagbar ist, eine Mikrowellen-Detektionseinrichtung (10,11) zum Messen von aus dem Behandlungsraum (2) austretender Mikrowellen-Leckagestrahlung und eine Datenverarbeitungseinrichtung (10) zum Erkennen eines Funkenüberschlags durch Auswerten der durch die Mikrowellen-Detektionseinrichtung (10,11) gemessenen Mikrowellen-Leckagestrahlung (LM) auf, wobei das Haushalts-Mikrowellengerät (1) zum Durchführen des Verfahren eingerichtet ist. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf eigenständige Mikrowellengeräte und auf Backöfen mit Mikrowellenfunktion, speziell falls die Mikrowellen-Detektionseinrichtung mit einer Schnüffelleitung ausgerüstet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen von Funkenüberschlägen während eines Mikrowellen-Behandlungsablaufs eines Haushalts-Mikrowellengeräts, in dessen Verlauf ein Einstellwert mindestens eines Mikrowellen-Betriebsparameters variiert wird. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Haushalts-Mikrowellengeräts. Die Erfindung betrifft ferner ein Haushalts-Mikrowellengerät, aufweisend einen Mikrowellengenerator zum Erzeugen von Mikrowellen, einen Mikrowellen-Behandlungsraum, der mittels der erzeugten Mikrowellen beaufschlagbar ist, und eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Erkennen eines Funkenüberschlags, wobei das Haushalts-Mikrowellengerät zum Durchführen zumindest eines der Verfahren eingerichtet ist. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf eigenständige Mikrowellengeräte und auf Backöfen mit Mikrowellenfunktion.
• Die Bildung von Funkenstrecken in Mikrowellengeräten ist ein häufig auftretendes Problem, insbesondere falls die Geräte mit geringer Last und bei hohen Leistungsstufen betrieben werden und/oder wenn ungeeignetes Geschirr oder Zubehör verwendet wird.
• Gerade beim Einsatz von Transformatoren für die Energiezufuhr eines Magnetrons, welche nur die Leistungsstufen „Maximal“ oder „Aus“ annehmen und daher getaktet werden müssen, um Leistungszwischenstufen zu erreichen, können punktuell elektrische Felder zwischen metallischen Komponenten oder Zubehör des Gargeräts auftreten, die stärker als die Durchbruchfeldstärke der Luft sind (ca. 3 kV/mm). Dies führt zu Funkenstrecken, welche eine Ionisation der Luft (Plasma) bewirken. Bedingt durch die hohe elektrische Leitfähigkeit des Plasmas kann nun ein hoher elektrischer Strom fließen. Die hierbei durch ohmsche Verluste auftretende lokal sehr hohe Erwärmung kann das Zubehör / und/oder eine Garraumwandung empfindlich beschädigen. Beispielsweise kann es zu einer Schädigung, z.B. einem Schmelzen, von schützenden Emailleschichten der Garraumwandung und sogar zu einem Einbrennen von Löchern in die Garraumwandung oder des Zubehörs kommen, vorher lose Teile können dabei auch fest miteinander verschweißen, usw. Zudem entstehen so Ansatzpunkte für eine Korrosion. Grundsätzlich besteht das Problem aber auch bei mit Invertern ausgerüsteten Mikrowellengeneratoren bei hohen Leistungsstufen.
• Kunden, die ihr Gargerät unsachgemäß betreiben, beispielsweise durch Verwenden eines Backblechs bei hohen Mikrowellenleistungsstufen oder von mikrowellen-ungeeigneten Gefäßen, können so versehentlich die Lebensdauer von Gerät und Zubehör drastisch verringern, wodurch nachteiligerweise Kundendiensteinsätze die Folge sind.
• Zum Feststellen von Funkenüberschlägen während eines Mikrowellen-Behandlungsablaufs eines Haushalts-Mikrowellengeräts offenbart JP 2009019796 A eine Messmethode mittels Kamera und Mikrofon, welche sicht- und hörbare Effekte von Funkenüberschlägen detektiert.
• EP 3 5 16 928 A1 offenbart ein Feststellen von Funkenüberschlägen anhand eines Vorhandenseins von Harmonischen der Grundschwingungsfrequenz der eingespeisten Mikrowellen.
• EP 2 880 963 A1 offenbart, wie zu diesem Zweck Streuparameter der eingespeisten Mikrowellen verwendet werden können.
• EP 2 418 916 A1 und US 7 525 074 B offenbaren, ein Funkenrisiko zu minimieren, indem das Vorhandensein von metallischen Körpern im Garraum auf Basis von Impedanzmessungen erkannt wird.
• EP 2 152 047 A1 offenbart eine Sicherheitseinrichtung zum Detektieren von Leckagestrahlung bei einem Gargerät mit Mikrowellenfunktion sowie ein Gargerät mit einer derartigen Sicherheitseinrichtung. Die Sicherheitseinrichtung umfasst mindestens einen Mikrowellensensor, der eine Sonde umfasst, in der durch Leckagestrahlung ein Wechselstrom induzierbar ist, oder die geeignet ist, Wechselströme, die in weiteren Gegenständen durch Leckagestrahlung induziert werden, abzugreifen. Der Sensor umfasst ferner eine Sicherung, durch die der Wechselstrom geleitet wird. Schließlich umfasst die Sicherheitseinrichtung eine Einrichtung, die geeignet ist, eine Mikrowellenquelle des Gargeräts abzuschalten, sobald die Sicherung auslöst.
• EP 2 148 553 A1 offenbart Verfahren zur Mikrowellen-Leckageüberwachung. Dabei wird bei einem Gargerät eine aus dem Garraum austretende Mikrowellen-Leckagestrahlung mittels einer Mikrowellensensoreinrichtung erfasst und ihr zeitlicher Verlauf gespeichert. Eine nachfolgende Auswertung der gespeicherten Mikrowellenstrahlungswerte kann insbesondere eine Prognose des zukünftigen zeitlichen Verlaufs der erfassten Mikrowellenstrahlung und das frühzeitige Signalisieren einer auf der Grundlage des prognostizierten Verlaufs zu erwartenden Überschreitung eines vorbestimmten Schwellwertes umfassen. Offenbart ist ebenfalls eine entsprechende Vorrichtung zur Mikrowellen-Leckageüberwachung sowie ein mit einer solchen Vorrichtung ausgerüstetes Gargerät.
• DE 2 029 559 A1 offenbart eine Sicherheitsvorrichtung gegen den Austritt von Strahlungen aus Mikrowellengeräten, wobei mindestens eine auf Mikrowellen ansprechende Gasröhre Verwendung findet, die in der Nähe der Zone eines möglichen Strahlungsaustrittes angeordnet und elektrisch in den Steuerstromkreis einer gesteuerten Halbleiterdiode eingeschaltet ist, welche ihrerseits im Speisestromkreis eines Relais liegt, dessen Erregung das Öffnen des elektrischen Speisestromkreises eines Mikrowellgenerators hervorruft.
• DE 195 37 755 A1 offenbart einen Mikrowellenofen, insbesondere für ein Labor, mit einer von einem Gehäuse umgebenen Heizkammer, in die Mikrowellen einkoppelbar sind, und die durch eine verschließbare Zugangsöffnung zugänglich ist. Im Bereich eines von der Heizkammer ausgehenden Spaltes des Gehäuses ist ein Mikrowellensensor so angeordnet, dass beim Eintritt und/oder Durchtritt einer einen bestimmten Wert übersteigenden Mikrowellenstrahlung in bzw. durch den Spalt der Sensor die Abgabe eines Warnsignals aktiviert oder die Mikrowellen-Beaufschlagung der Heizkammer abschaltet.
• Nachteilig ist bisher unter anderem die Notwendigkeit, kostenintensive Hardware wie Kameras, Mikrofone oder komplexe HF-Messtechnik vorzusehen, um das Auftreten von Funken während einer Einspeisung von Mikrowellen zu detektieren.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Möglichkeit bereitzustellen, zuverlässig und mit geringem apparativen Aufwand Funkenüberschläge während eines Mikrowellen-Behandlungsablaufs eines Haushalts-Mikrowellengeräts festzustellen.
• Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.
• Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Feststellen von Funkenüberschlägen in einem Behandlungsraum eines Haushalts-Mikrowellengeräts während eines Mikrowellen-Behandlungsablaufs, in dessen Verlauf ein Einstellwert mindestens eines Mikrowellen-Betriebsparameters variiert wird, wobei bei dem Verfahren
• - während des Mikrowellen-Behandlungsablaufs eine Mikrowellen-Leckagestrahlung unter gleichen Einstellwerten des mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameters mehrfach hintereinander gemessen wird und
• - ein Funkenüberschlag erkannt wird, wenn Messwerte der Mikrowellen-Leckagestrahlung für mehrere unter gleichen Einstellwerten des mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameters durchgeführte Messungen eine vorgegebene Schwankungsbreite überschreiten.
• Dieses Verfahren ergibt den Vorteil, dass eine zuverlässige Detektion von in dem Behandlungsraum auftretenden Funken an und zwischen den beteiligten Bauteilen wie einer Wandung des Behandlungsraums, Zubehör und Kochgeschirr erreicht wird. Die technische Umsetzung ist zudem sehr kostengünstig. Durch die so mögliche Sicherheits- und Schutzfunktion vor Funken kann die Lebensdauer von Gargerät und Zubehör erhöht werden und schützt Kunden vor Verletzungen an durch Funkenüberschläge überhitzten Bereichen.
• Dieses Verfahren nutzt die durch Öffnungen, Kabelzuführungen usw. einer Wandung eines Behandlungsraums nach außen austretende Leckagestrahlung als sehr empfindlichen Indikator für das Auftreten von Funken in dem Behandlungsraum. Dies beruht auf der Entdeckung, dass Funkenüberschläge eine Störung der in dem Behandlungsraum herrschenden Mikrowellen-Feldverhältnisse (Verteilungen, Moden, usw.) und damit auch der davon abhängigen Leckagestrahlung darstellen. Die Funkenüberschläge führen aufgrund ihrer teilweise chaotischen Eigenschaften zu einer sehr deutlichen Aufspreizung oder Schwankung der die Stärke der Mikrowellen-Leckagestrahlung abbildenden Messwerte.
• Der Mikrowellen-Behandlungsablauf kann z.B. durch einen Nutzer oder durch ein Garprogramm initiiert worden sein. Während des Mikrowellen-Behandlungsablaufs werden Mikrowellen in den Behandlungsraum des Haushalts-Mikrowellengeräts eingespeist, typischerweise, um darin befindliches Gut (z.B. Gargut) mit Mikrowellen zu behandeln.
• Das Haushalts-Mikrowellengerät kann ein Haushalts-Mikrowellengargerät sein, beispielsweise ein eigenständiges Mikrowellengerät oder eine Mikrowellen/Ofen-Kombination, z.B. ein Mikrowellengerät mit mindestens einem zusätzlichen Strahlungsheizkörper oder ein Backofen mit Mikrowellenfunktion. Der Behandlungsraum kann bei Vorliegen eines Haushalts-Mikrowellengargeräts auch als Garraum bezeichnet werden, welcher von einer Garraumwandung umgeben ist.
• Das Haushalts-Mikrowellengerät weist typischerweise einen Mikrowellengenerator zum Erzeugen von Mikrowellen und einen Behandlungsraum, der mittels der erzeugten Mikrowellen beaufschlagbar ist, auf. Er weist meist eine frontseitige Beschickungsöffnung auf, welche durch eine Tür mikrowellendicht verschließbar ist. Der Mikrowellengenerator kann ein Magnetron oder ein halbleiterbasierter Mikrowellengenerator sein. Er kann getaktet betrieben werden oder invertergesteuert sein. Die Mikrowellenfrequenz kann beispielsweise im Bereich von 915 MHz oder 2,45 GHz liegen. Der Mikrowellengenerator kann die Mikrowellen direkt oder über eine Mikrowellenführung in den Behandlungsraum einspeisen. Zudem können Mittel zur Verteilung der Mikrowellen in dem Behandlungsraum wie, insbesondere drehbare, Einspeiseantennen, Modenrührer („Stirrer“), Wobbler usw. vorhanden sein. Die Erzeugung und Einleitung von Mikrowellen in den Behandlungsraum ist grundsätzlich gut bekannt und wird deshalb hier nicht weiter ausgeführt.
• Die während eines Mikrowellen-Betriebsablaufs bzw. während einer Beaufschlagung des Behandlungsraums mit Mikrowellen aus dem Behandlungsraum austretende Leckagestrahlung ist mittels mindestens einer Mikrowellen-Detektionseinrichtung messbar. Die Mikrowellen-Detektionseinrichtung kann beispielsweise zur Erfassung von Mikrowellen-Leckagestrahlung in einem Bereich des Haushalts-Mikrowellengeräts zwischen einer Wandung des Behandlungsraums (auch als Garraumwandung oder Muffel bezeichenbar) und einem äußeren Gehäuse, aber auch in Türspalten usw. vorgesehen sein.
• Die Einspeisung der Mikrowellen in den Behandlungsraum kann insbesondere unter Einstellung eines bestimmten Einstellwerts aus einem Satz von mehreren möglichen Einstellwerten mindestens eines variablen Mikrowellen-Betriebsparameters vorgenommen werden. Jedem variablen Mikrowellen-Betriebsparameter ist also ein jeweiliger Satz von mehreren einstellbaren Einstellwerten zugeordnet. Während eines Mikrowellen-Behandlungsablaufs können zumindest einige der Einstellwerte zumindest eines der Mikrowellen-Betriebsparameter variiert werden, insbesondere nach einer vorgegebenen Regel oder Abfolge, z.B. zyklisch. Unter einem Mikrowellen-Betriebsparameter kann insbesondere ein Betriebsparameter verstanden werden, bei dessen Änderung sich eine Leistungsverteilung bzw. ein Modenbild der Mikrowellen in dem Behandlungsraum merklich ändern kann.
• Der mindestens eine Mikrowellen-Betriebsparameter kann genau einen Mikrowellen-Betriebsparameter oder mehrere Mikrowellen-Betriebsparameter umfassen.
• Der Messwert gibt die Stärke der Leckagestrahlung wieder, beispielsweise deren Leistung, Energie, Amplitude, usw. Der Messwert kann eine in der Mikrowellen-Detektionseinrichtung aufgrund der Bestrahlung mit Mikrowellen erzeugte elektrische Kenngröße wie eine Spannung oder ein daraus abgeleiteter digitaler Wert sein.
• Dass die Mikrowellen-Leckagestrahlung unter gleichen Einstellwerten des mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameters bzw. unter der gleichen Kombination von Einstellwerten mehrfach hintereinander gemessen wird, umfasst insbesondere, dass die Messungen unter gleichen Einstellwerten sämtlicher die Feldverteilung der Mikrowellen in dem Behandlungsraum merklich beeinflussenden Mikrowellen-Betriebsparameter (für den Fall nur eines Mikrowellen-Betriebsparameters: unter dem gleichen Einstellwert) aufgenommen werden.
• Die Schwankungsbreite wird für mindestens eine bestimmte Kombination von Einstellwerten bestimmt, da sich - unter ungestörten Bedingungen - bei gleichen Einstellwerten mit hoher Reproduzierbarkeit eine gleiche Feldverteilung der Mikrowellen in dem Behandlungsraum ergibt. Diese Feldverteilung wird jedoch durch eine Funkenbildung merklich gestört. Die Schwankungsbreite wird insbesondere für alle während des Mikrowellen-Behandlungsablaufs mehrfach angenommenen oder eingestellten Kombinationen von Einstellwerten bestimmt.
• Die „vorgegebene Schwankungsbreite“ entspricht einem Schwell- oder Grenzwert. Bleibt die gemessene Schwankungsbreite unterhalb der vorgegebenen Schwankungsbreite, wird angenommen, dass es nicht zu einer Funkenbildung gekommen ist.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Mikrowellen-Betriebsparameter mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameter aus der Gruppe
• - Drehwinkel mindestens einer Drehantenne,
• - Drehwinkel mindestens eines Modenrührers,
• - Drehwinkel eines Drehtellers,
• - Leistung der eingestrahlten Mikrowellen,
• - Frequenz der eingestrahlten Mikrowellen,
• - Phasenunterschied zwischen über unterschiedliche Einspeisungspunkte eingestrahlten Mikrowellen,
• - Leistungsunterschied zwischen über unterschiedliche Einspeisungspunkte eingestrahlten Mikrowellen,

umfasst. Dabei können während eines Mikrowellen-Behandlungsablaufs verschiedene Kombinationen von Einstellwerten dieser Mikrowellen-Betriebsparameter nach einer vorgegebenen Regel oder Schema nacheinander eingestellt werden, z.B. zyklisch.
• Die Einstellwerte der Drehantenne mit ihrem Mikrowellen-Betriebsparameter „Drehwinkel φ“ können z.B. in Winkelbereiche [0°; 180°] oder [0°; 360°] fallen, beispielsweise mit einer Schrittweite von 1 °, 5° oder 10°.
• Die Frequenz f der eingestrahlten Mikrowellen kann z.B. zwischen 2,4 GHz und 2,5 GHz variiert werden, z.B. in Schritten von 0,01 GHz.
• Während eines Mikrowellen-Behandlungsbetriebs werden in einer beispielhaften Variante nur die Einstellwerte des Drehwinkel φ der Drehantenne variiert, z.B. in auf- oder absteigenden Winkelstufen (z.B. 0°, 10°, 20°, ...) oder in einer anderen Reihenfolge (z.B. 0°, 30°, 20°, 60°, usw.). Die „Kombinationen der Einstellwerte“ stellen - da hier nur ein einziger Mikrowellen-Betriebsparameter variiert wird - die Einstellwerte selbst dar. Für jeweilige Einstellwerte wiederholt gemessenen mindestens zwei Messwerte (z.B. mindestens zwei Messungen für den Winkel 0°, mindestens zwei Messungen für den Winkel 10°, usw.) wird eine jeweilige Schwankungsbreite bestimmt und mit einer vorgegebenen Schwankungsbreite bzw. Schwell- oder Messwert verglichen.
• Werden in einer weiteren beispielhaften Variante während eines Mikrowellen-Behandlungsbetriebs die Einstellwerte des Drehwinkel φ der Drehantenne und die Einstellwerte der Frequenz f der eingestrahlten Mikrowellen variiert, werden mehrfache Messungen der Stärke der Leckagestrahlung für mehrere, insbesondere alle, Kombinationen von Einstellwerten vorgenommen und für jede der Kombinationen eine jeweilige Schwankungsbreite bestimmt und mit einer vorgegebenen Schwankungsbreite verglichen. Die Kombinationen können beispielsweise alle während des Mikrowellen-Behandlungsbetriebs mehrfach durchlaufene Paarungen von Einstellwerten von Drehwinkel φ und Frequenz f umfassen, z.B. die Paare [φ; f] = [0°; 2,4 GHz], [10°; 2,4 GHz], ...., [0°; 2,41 GHz], ..., [350°; 2,5 GHz], usw.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass die Messwerte der Mikrowellen-Leckagestrahlung mittels einer außenhalb eines Behandlungsraums angeordneten Schnüffelleitung gemessen bzw. aufgenommen werden, welche eine Komponente einer Mikrowellen-Detektionseinrichtung darstellt. Unter einer „Schnüffelleitung“ wird insbesondere eine elektrisch leitfähige Leitung verstanden, in der durch Mikrowellen Wechselströme induzierbar sind. Die Stärke (z.B. Leistung, Amplitude, usw.) der induzierten Wechselströme ist repräsentativ für die Stärke der induzierenden Mikrowellen-Leckagestrahlung. Die Schnüffelleitung ist mit einer Auswerteschaltung der Mikrowellen-Leckagestrahlung verbunden, welche die Wechselströme in entsprechende Messwerte („Leckagestrahlungs-Messwerte“) umwandelt, z.B. in eine elektrische Spannung. Die Auswerteschaltung kann mit einer oder mehreren Schnüffelleitungen verbunden sein. Das Vorsehen einer Schnüffelleitung ergibt den Vorteil, dass sie besonders variabel in dem Gerät verlegbar ist, z.B. weil sie an einem Ende funktional mit der Auswerteschaltung verbunden ist, aber das andere Ende ein frei positionierbares Ende ist. Als Schnüffelleitung kann z.B. ein Draht, ein Kabel, eine auf einem Substrat aufgebrachte Leiterbahn usw. verwendet werden, in die durch mittels des Mikrowellengenerators erzeugte Mikrowellen Wechselströme induzierbar sind.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass die Schwankungsbreite eine Differenz zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert aus einer Menge von mehreren (d.h., zumindest zwei) unter gleichen Einstellwerten des mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameters gemessenen Leckagestrahlungs-Messwerten ist.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass die Schwankungsbreite eine Standardabweichung ist, die anhand einer Menge von mehreren unter den gleichen Einstellwerten des mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameters gemessenen Leckagestrahlungs-Messwerten berechnet worden ist.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass ein Funkenüberschlag erkannt wird, wenn die vorgegebene Schwankungsbreite für genau eine Kombination von Einstellwerten des mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameters erreicht oder überschritten wird. So wird vorteilhafterweise eine besonders sensitive Erkennung eines Funkenüberschlags bereitgestellt.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass ein Funkenüberschlag erkannt wird, wenn die Schwankungsbreite für mehrere Kombinationen von Einstellwerten des mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameters erreicht oder überschritten wird. So wird der Vorteil erreicht, dass eine besonders robuste Erkennung eines Funkenüberschlags bereitgestellt wird. Bei dieser Ausgestaltung werden also verschiedene Kombinationen von Einstellwerten während eines Mikrowellen-Behandlungsablaufs wiederkehrend eingestellt, und es werden die jeweiligen Schwankungsbreiten bestimmt und mit einer vorgegebenen Schwankungsbreite verglichen. Die vorgegebenen Schwankungsbreite für mindestens zwei unterschiedliche Kombinationen von Einstellwerten können gleich oder unterschiedlich sein.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass die vorgegebene Schwankungsbreite für den Mikrowellen-Behandlungsablauf fest vorgegeben ist. Die vorgegebene Schwankungsbreite kann z.B. experimentell bestimmt worden sein. Sie kann für alle Kombinationen von Einstellwerten gleich oder für unterschiedliche Kombinationen von Einstellwerten unterschiedlich sein, z.B. unterschiedlich für unterschiedliche eingestellte Drehwinkel einer Drehantenne.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass die vorgegebene Schwankungsbreite anhand der während des Mikrowellen-Behandlungsablaufs gemessenen bzw. aufgenommenen Messwerte dynamisch angepasst wird. So wird der Vorteil erreicht, dass sich eine Funkenbildung besonders zuverlässig erkennen lässt.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass die für eine bestimmte Kombination von Einstellwerten der Mikrowellen-Betriebsparameter vorgegebene Schwankungsbreite einem Produkt aus einem für mehrere - insbesondere für alle - Kombinationen von Einstellwerten bestimmten durchschnittlichen Schwankungsbreite und einem Faktor A mit A > 1 entspricht. Dies ermöglicht eine besonders einfache Umsetzung einer dynamischen Anpassung der vorgegebenen Schwankungsbreite. Der Faktor A kann z.B. empirisch bzw. experimentell bestimmt worden sein. Beispielsweise kann die vorgegebene Schwankungsbreite LMS_thr als LMS_thr = A · LMS mit LMS dem Durchschnitt der Schwankungsbreiten LMS der Leckagestrahlungs-Messwerte LM für mehrere Kombinationen von Einstellwerten und A einem vorgegebenen Faktor mit A > 1 bestimmt werden. Der Faktor A braucht nicht ganzzahlig zu sein. Der Faktor A kann für unterschiedliche Kombinationen von Einstellwerten gleich oder unterschiedlich sein.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass das Verfahren erst ab einer vorgegebenen Zeitdauer nach Beginn des Mikrowellen-Behandlungsablaufs, insbesondere nach Einschalten des Mikrowellen-Generators, durchgeführt oder gestartet wird. Dadurch wird berücksichtigt, dass der Mikrowellen-Generator während seiner Erwärmungsphase noch keinen stabilen Schwingungszustand erreicht und in diesem Anfangszeitraum auch ohne Funkenbildung ein merkliches Aufspreizen der Messwerte verursachen werden könnte. Es ist eine Weiterbildung, dass das Verfahren erst fünf bis zehn Sekunden nach Beginn des Mikrowellen-Behandlungsablaufs durchgeführt wird, da dann eine Schwankung der Mikrowellen-Leckageleistung bzw. der Leckagestrahlungs-Messwerte durch Erwärmungseffekte des Mikrowellen-Generators bereits merklich nachgelassen hat bzw. vernachlässigbar klein geworden ist.
• Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Haushalts-Mikrowellengeräts, bei dem dann, wenn mittels des Verfahrens wie oben beschrieben ein Funkenüberschlag erkannt wird, mindestens eine Aktion ausgelöst wird. Das Verfahren kann analog zu dem Verfahren zum Feststellen von Funkenüberschlägen ausgebildet werden und weist die gleichen Vorteile auf.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Aktion ein Verringern einer eingestrahlten Mikrowellenleistung für alle Einstellwerte der Mikrowellen-Betriebsparameter umfasst. Dies kann praktisch so umgesetzt sein, dass die in den Behandlungsraum eingestrahlte Mikrowellenleistung schrittweise reduziert wird. Sobald die Mikrowellenleistung soweit reduziert wurde, dass die Durchbruchfeldstärke nicht mehr erreicht wird, endet die Funkenerzeugung augenblicklich, was sich in einer verringerten Schwankungsbreite bemerkbar macht. Die Mikrowellenleistung kann somit so lange schrittweise reduziert werden, bis die gemessene Schwankungsbreite den vorgegebenen Grenzwert bzw. die vorgegebene Schwankungsbreite unterschreitet, insbesondere für alle Kombinationen von Einstellwerten der Mikrowellen-Betriebsparameter. Die Schwankungsbreite kann nach jeder Reduzierung erneut berechnet werden.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Aktion ein Verringern einer eingestrahlten Mikrowellenleistung nur für Kombinationen von Einstellwerten der Mikrowellen-Betriebsparameter, bei denen die vorgegebene Schwankungsbreite überschritten wird, umfasst. Dadurch kann die eingestrahlte Mikrowellenleistung für andere Kombinationen von Einstellwerten der Mikrowellen-Betriebsparameter, bei denen die vorgegebene Schwankungsbreite nicht überschritten wird, aufrechterhalten werden, was eine hohe Leistungseinbringung in durch Mikrowellen behandeltes Gut wie Wasser, Gargut usw. unterstützt.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Aktion ein zeitlich verkürztes Einspeisen von Mikrowellenstrahlung in den Behandlungsraum für Kombinationen von Einstellwerten der Mikrowellen-Betriebsparameter mit hoher Schwankungsbreite und/oder ein zeitlich verlängertes Einspeisen von Mikrowellenstrahlung in den Behandlungsraum für Kombinationen von Einstellwerten der Mikrowellen-Betriebsparameter mit geringer Schwankungsbreite umfasst. Auch so kann das zeitliche Auftreten von Funken verhindert werden und zudem die Einwirkdauer der Mikrowellen deutlich reduziert werden. Das zeitlich verkürzte Einspeisen der Mikrowellenstrahlung kann auch ein Aussetzen des Einspeisens umfassen.
• Es ist eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Aktion ein Ausgeben eines Nutzerhinweises durch das Haushalts-Mikrowellengerät an einen Nutzer umfasst. Der Nutzer kann z.B. darauf hingewiesen werden, Zubehör anders zu positionieren oder die eingestellte Mikrowellenleistung zu reduzieren.
• Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Haushalts-Mikrowellengerät, aufweisend einen Mikrowellengenerator zum Erzeugen von Mikrowellen, einen Behandlungsraum, der mittels der erzeugten Mikrowellen beaufschlagbar ist, eine Mikrowellen-Detektionseinrichtung zum Messen von aus dem Behandlungsraum austretender Mikrowellen-Leckagestrahlung und eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Erkennen eines Funkenüberschlags durch Auswerten der durch den Mikrowellen-Leckagesensor gemessenen Mikrowellen-Leckagestrahlung, wobei das Haushalts-Mikrowellengerät zum Durchführen zumindest eines der Verfahren wie oben beschrieben eingerichtet ist. Das Haushalts-Mikrowellengerät kann analog zu den oben beschriebenen Verfahren ausgebildet sein, und umgekehrt, und weist die gleichen Vorteile auf.
• So kann das Haushalts-Mikrowellengerät beispielsweise eine mit mindestens einer Schnüffelleitung ausgerüstete Mikrowellen-Detektionseinrichtung aufweisen. Diese dient zur Erfassung von Mikrowellen-Leckagestrahlung außerhalb des Behandlungsraums, wobei sie mindestens eine elektrisch leitfähige Leitung (Antennen- oder „Schnüffelleitung“), in der durch Mikrowellen Wechselströme induzierbar sind, und eine mit der mindestens einen Schnüffelleitung verbundene Auswerteschaltung, die zur Bestimmung von in der mindestens einen Schnüffelleitung induzierten Wechselströmen ausgebildet ist, aufweist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Schnüffelleitung eine große Länge aufweisen und vielfältig in dem Haushalts-Mikrowellengerät verlegt sein kann. So können auch große Bereiche des Haushalts-Mikrowellengeräts außerhalb des Behandlungsraums auf Mikrowellen-Leckage überwacht werden , wodurch die Zahl der Detektionseinrichtungen und/oder ihrer Komponenten im Vergleich zu nur punktuell messenden Mikrowellen-Detektionseinrichtungen verringert werden kann. Ermöglicht wird somit ein besonders zuverlässiger und kostengünstiger Aufbau. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Auswerteschaltung ortsfern von Leckstrahlungsherden in thermisch, chemisch und/oder elektromagnetisch wenig beanspruchten Bereichen des Haushalts-Mikrowellengeräts anordenbar ist. Die Schnüffelleitungen sind dagegen merklich widerstandsfähiger und können problemlos auch thermisch und chemisch beanspruchte (z.B. heiße und/oder feuchte) Bereiche durchlaufen. Noch ein Vorteil besteht darin, dass Mikrowellen-Leckagen mit hoher Empfindlichkeit erkennbar sind. Mindestens eine Schnüffelleitung kann eine dedizierte Schnüffelleitung in dem Sinne sein, dass sie keine weitere signalleitende (d.h., keine Strom und/oder Daten leitende) Funktion aufweist, insbesondere keine weitere Funktion aufweist. Eine solche („reine“) Schnüffelleitung ist nur zum Zweck der Detektion einer mikrowellenbasierten Induktion verlegt. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Schnüffelleitung zusätzlich mindestens eine signalleitende Funktion aufweisen („Kombinations-Schnüffelleitung“).
• Die Auswerteschaltung ist insbesondere dazu eingerichtet, die Stärke eines in der mindestens einen Schnüffelleitung induzierten mikrowelleninduzierten Stroms zu bestimmen, der ein Maß für die Stärke der Leckagestrahlung ist. Die Auswerteschaltung kann ein oder mehrere elektrische und/oder elektronische Bauteile und/oder Funktionseinheiten wie Kondensatoren, Widerstände, Prozessoren (z.B. Mikrokontroller, ASICs, FPGAs), Gleichrichter, A/D-Wandler usw. aufweisen.
• Eine Auswerteschaltung kann in einer Weiterbildung mit genau einer Schnüffelleitung verbunden sein und daher nur diese Schnüffelleitung auswerten bzw. die Stärke eines in dieser Schnüffelleitung induzierten mikrowelleninduzierten Stroms bestimmen. Es ist eine alternative Weiterbildung, dass eine Auswerteschaltung mit mehreren Schnüffelleitungen verbunden ist. In diesem Fall können mehrere Schnüffelleitungen von der Auswerteschaltung gemeinsam ausgewertet werden. Die gemeinsame Auswertung ermöglicht die Bereitstellung einer besonders einfachen und preiswerten Detektionseinrichtung. Auch kann die abgedeckte oder erfassbare Detektionsfläche hierdurch zusätzlich vergrößert werden, so dass die Auswerteeinheit bei einer eventuellen Leckage noch eher ansprechen kann. In einer Weiterbildung können dazu mehrere Schnüffelleitungen elektrisch zusammengeführt werden und an einem gemeinsamen Knotenpunkt mit der Auswerteschaltung verbunden sein. Alternativ können mehrere Schnüffelleitungen mittels der gleichen Auswerteschaltung individuell ausgewertet werden, z.B. zeitlich getrennt oder parallel. Die individuelle Auswertung ermöglicht eine verbesserte Lokalisierung eines Leckstrahlungsherds.
• Alternativ kann das Haushalts-Mikrowellengerät mehrere z.B. mit jeweils einer Schnüffelleitung verbundene Auswerteschaltungen aufweisen. Diese können über das Haushalts-Mikrowellengerät verteilt angeordnet sein.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass die Auswerteschaltung über mindestens eine Leiterbahn einer Leiterplatte der Steuereinrichtung mit der mindestens einen Schnüffelleitung verbunden ist. So wird eine besonders einfache, platzsparende und robuste Anbindung der Auswerteschaltung an die mindestens eine Leiterbahn ermöglicht. Eine Schnüffelleitung wird dabei insbesondere an die Platine geführt und dort mit der Leiterbahn verbunden, z.B. durch Lötstellen, Klemmen, Stecker usw.
• Es ist eine insbesondere für Kombinations-Schnüffelleitungen vorteilhafte Ausgestaltung, dass die Auswerteschaltung über einen Koppelkondensator mit der mindestens einen Schnüffelleitung verbunden ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Schnüffelleitung galvanisch von der Auswerteschaltung getrennt ist, aber Wechselstromsignale durch den Koppelkondensator übertragbar sind. Durch den Koppelkondensator wird also eine Gleichspannungsabtrennung zwischen Schnüffelleitung und Auswerteschaltung erreicht. Insbesondere ist ein Anschluss des Koppelkondensators elektrisch mit mindestens einer Schnüffelleitung und der andere Anschluss mit der Auswerteschaltung elektrisch verbunden. Der Koppelkondensator kann auch einen Teil der Auswerteschaltung darstellen.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass der Koppelkondensator eine Komponente eines Hochpassfilters ist. So wird der Vorteil erreicht, dass die vergleichsweise hochfrequenten mikrowelleninduzierten Wechselströme (die z.B. eine Frequenz im Bereich der Mikrowellenfrequenz aufweisen können) zu der Auswerteschaltung durchgelassen werden, während niederfrequente Wechselströme, wie sie z.B. typischerweise für eine Stromversorgung eines Verbrauchers mit Wechselstrom verwendet werden (z.B. mit einer Netzfrequenz von 50 Hz), nicht durchgelassen werden. Dadurch wird eine Störung des Messsignals der Mikrowellen-Leckagestrahlung durch elektrische Ströme in Kombinations-Schnüffelleitungen mit niedrigeren Frequenzen verhindert, was wiederum eine Auswertegenauigkeit erhöht.
• Es ist eine Weiterbildung, dass der Koppelkondensator zusammen mit einem insbesondere geerdeten ohmschen Widerstand den Hochpassfilter bildet. Der Widerstand kann eine Komponente der Auswerteschaltung sein, z.B. deren Eingangswiderstand.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass der Hochpassfilter zusätzlich einen mit dem Koppelkondensator verbundenen Widerstand, insbesondere Eingangswiderstand, aufweist und der Koppelkondensator eine Kapazität der Größe C (GI.1): $$C=\frac{1}{2\cdot \pi \cdot R\cdot f_u}$$

  

  aufweist, wobei R dem Widerstandswert des ohmschen Widerstands und f_u einer unteren Grenzfrequenz des Hochpassfilters entspricht.
• Diese Formel ergibt sich aus einer komplexen Übertragungsfunktion T, die das Verhältnis einer von dem Hochpassfilter weitergegebenen Spannung U₂ zu der auf der überwachten oder angezapften Schnüffelleitung anliegenden Spannung U₁ wiedergibt (Gl.2): $$\underset{\_}{T}=\frac{\underset{\_}{U_2}}{\underset{\_}{U_1}}=\frac{1}{1-\frac{i}{2\pi \cdot f\cdot R\cdot C}}$$

  
• Da hier nur der Betrag der Übertragungsfunktion (und nicht deren Phasenlage) interessiert, folgt (Gl.3): $$\left|\underset{\_}{T}\right|=\frac{\underset{\_}{\left|U_2\right|}}{\underset{\_}{\left|U_1\right|}}=\frac{1}{\sqrt{1+\frac{1}{{\left(2\pi \cdot f\cdot R\cdot C\right)}^2}}}$$

  
• Für die Auswahl und Dimensionierung des Koppelkondensators C wurde angenommen, dass eine untere Grenzfrequenz f_u des resultierenden Hochpasses so hoch liegt, wie es das zu messende Signal mindestens erfordert (das Messsignal weist eine typische Mikrowellenfrequenz von 915 MHz oder 2,45 GHz auf). Die untere Grenzfrequenz f_u wird so angesetzt, dass die übertragene Spannung U₂ nur noch 1/√2 bzw. ca. 70,7% der Amplitude des Originalsignals U₁ beträgt bzw. das Originalsignal U₁ um diesen Faktor abgeschwächt vorliegt. Es folgt daraus für den Betrag der Übertragungsfunktion $$\left|\underset{\_}{T}\right|=\frac{1}{\sqrt{2}}=\frac{1}{\sqrt{1+\frac{1}{{\left(2\pi \cdot f\cdot R\cdot C\right)}^2}}}$$

  
• Daraus ergibt sich die vorteilhafte Größe des Kapazitätswerts C des Koppelkondensators gemäß Gl.1.
• Ist eine reine Schnüffelleitung an die Auswerteschaltung angeschlossen, braucht diese nicht durch einen Koppelkondensator von der Auswerteschaltung galvanisch getrennt zu sein. Auch kann auf das Vorsehen eines Hochpassfilters verzichtet werden. Alternativ ist auch die reine Schnüffelleitung über einen Koppelkondensator und/oder einen Hochpassfilter angeschlossen.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens eine Schnüffelleitung mindestens eine Länge von mindestens 800 mm, insbesondere von mindestens 1000 mm, insbesondere von mindestens 1500 mm, insbesondere von mindestens 2000 mm aufweist. Eine so hohe Länge ergibt den Vorteil, dass möglichst viele/große Bereiche im Inneren des Gehäuses des Haushalts-Mikrowellengeräts mit einer Schnüffelleitung überdeckt werden können und dadurch örtlich verteilte Leckstrahlungsherde mit einer geringen Anzahl an Schnüffelleitungen sensiert oder detektiert werden können.
• Da die Leckstrahlungsherde nicht nur örtlich verteilt sind, sondern oft auch zeitlich unterschiedlich stark abstrahlen (beispielsweise aufgrund von zeitlich unterschiedlicher Modenverteilung in dem Behandlungsraum durch Bewegung einer Einspeiseantenne, eines Modenrührers und/oder eines Drehtellers), ist es vorteilhaft, dass die Schnüffelleitung eine örtlich und ggf. auch zeitlich aufintegrierende Eigenschaft aufweist. Die Superposition der verschieden eingestrahlten Mikrowellensignale ergibt dann das am Mikrowellensensor anliegende Summensignal. Diese Superposition ist umso stärker ausgeprägt, je länger die Schnüffelleitung ist.
• Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.
• 1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein Haushalts-Mikrowellengerät;
• 2 zeigt in Draufsicht eine mögliche Auswerteschaltung des Haushalts-Mikrowellengeräts aus 1;
• 3 zeigt eine Auftragung einer Messung einer Leckagestrahlung gegen einen Drehwinkel einer Drehantenne ohne Funkenbildung;
• 4 zeigt eine Auftragung einer Messung einer Leckagestrahlung gegen einen Drehwinkel einer Drehantenne mit Funkenbildung; und
• 5 zeigt eine Auftragung einer Schwankungsbreite der in 3 und 4 dargestellten Messwerte der Leckagestrahlung gegen einen Drehwinkel einer Drehantenne mit und ohne Funkenbildung.
• 1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze eines Haushalts-Mikrowellengeräts 1 mit einem Behandlungsraum in Form eines Garraums 2. Das Haushalts-Mikrowellengerät 1 kann z.B. ein Backofen mit Mikrowellen-Funktionalität sein.
• Der Garraum 2 ist von einer Garraumwandung oder Muffel 3 umgeben, die eine mit einer Tür 4 verschließbare frontseitige Beschickungsöffnung aufweist. Das Haushalts-Mikrowellengerät 1 weist zur Behandlung von in dem Garraum 2 befindlichem Gut (o. Abb.) zumindest einen Mikrowellengenerator 5 auf, ggf. auch weitere Heizelemente wie ein oder mehrere Widerstandsheizelemente (o. Abb.). Die von dem Mikrowellengenerator 5 erzeugten Mikrowellen werden über eine Mikrowellenführung 5a mittels einer durch einen Schrittmotor (o. Abb.) um ihre Längsachse drehbaren Drehantenne 5b in den Garraum 2 eingespeist.
• Ferner ist eine Bedieneinrichtung 6 vorhanden, die ein oder mehrere Bedienelemente und/oder Anzeigeeinrichtungen aufweisen kann, z.B. in Form eines berührungsempfindlichen Bildschirms.
• Zusätzlich oder alternativ zu der Drehantenne 5b umfasst das Haushalts-Mikrowellengerät 1 einen in dem Garraum 2 vorhandenen Drehteller 7, der mittels eines außerhalb des Garraums 2 angeordneten Motors 8 drehbar ist. Das Haushalts-Mikrowellengerät 1 bzw. dessen steuerbare Komponenten 5, 6, 8 sind mittels einer zentralen Steuereinrichtung 9 (auch als „Gerätesteuerung“ bezeichnet) ansteuerbar oder betätigbar.
• In die Steuereinrichtung 9 ist eine Auswerteschaltung 10 integriert, die mit einer Kombinations-Schnüffelleitung 11 verbunden ist. Die Kombinations-Schnüffelleitung 11 ist hier diejenige elektrische Leitung, welche von der Steuereinrichtung 9 zu dem Motor 8 führt, um den Motor 8 mit Strom zu versorgen und/oder Daten zum Motor 8 zu dessen Ansteuerung zu übertragen. Die Kombinations-Schnüffelleitung 11 ist auch dazu geeignet, dass in ihr durch Mikrowellen Wechselströme induzierbar sind. Die Auswerteschaltung 10 ist zur Bestimmung von in der Antennenleitung 11 induzierten Wechselströmen ausgebildet. Die Auswerteschaltung 10 und die Antennenleitung 11 bilden eine Detektionseinrichtung 10, 11 zur Erfassung von Mikrowellen-Leckagestrahlung außerhalb des Garraums 2, insbesondere in einem Zwischenraum zwischen der Muffel 3 und einem äußeren Gehäuse 12 des Haushalts-Mikrowellengeräts 1. Die Kombinations-Schnüffelleitung 11 weist also eine Doppelfunktion auf, nämlich erstens zur Strom- und/oder Daten-Übertragung zwischen der Steuereinrichtung 9 und dem Motor 8 und zweitens als „Sensorleitung“ zur Erfassung von Mikrowellen-Leckagestrahlung. Dazu kann die Kombinations-Schnüffelleitung 11 z.B. um einen Durchbruch in der Muffel 3 herumgeführt sein, durch den eine Antriebsachse des Motors 8 zu dem Drehteller 7 führt. Zusätzlich oder alternativ kann die Kombinations-Schnüffelleitung 11 z.B. mindestens einen gewellt oder mäanderförmig verlaufenden Abschnitt aufweisen, der beispielsweise über Montagefugen, weitere Öffnungen o.ä. der Muffel 3 verläuft.
• Das Haushalts-Mikrowellengerät 1 kann zusätzlich oder alternativ zu der Kombinations-Schnüffelleitung 11 mindestens eine mit der Auswerteschaltung 10 verbundene reine Schnüffelleitung 13, z.B. einen einfachen Draht oder ein einfaches Kabel, aufweisen, die nur dazu vorgesehen ist, als Sensorleitung zu dienen.
• Die Kombinations-Schnüffelleitung 11 und/oder die reine Schnüffelleitung 13 kann eine Länge von mindestens 800 mm, insbesondere von mindestens 1000 mm, insbesondere von mindestens 1500 mm, insbesondere von mindestens 2000 mm aufweisen.
• 2 zeigt in Draufsicht eine Skizze der in die Steuereinrichtung 9 integrierten Auswerteschaltung 10 mit einigen weiteren an der Steuereinrichtung 9 vorhandenen Komponenten. Zu einer Leiterplatte 14 der Steuereinrichtung 9 sind mehrere elektrische Leitungen 15 geführt. Die Leitungen 15 können Kombinations-Schnüffelleitungen 11, welche an ihren anderen Enden mit Funktionseinheiten des Haushalts-Mikrowellengeräts 1 wie elektrischen Verbrauchern und/oder Sensoren verbunden sind, und/oder reine Schnüffelleitungen 13 sein.
• Die elektrischen Leitungen 15 sind an Anschlusspunkten 16 wie Klemmen o.ä. mit der Leiterplatte 14 verbunden und gehen dort in entsprechende Leiterbahnen 17 der Leiterplatte 14 über. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist rein beispielhaft nur eine Kombinations-Schnüffelleitung 11 mit einer auf der Leiterplatte 14 angeordneten Auswerteschaltung 10 verbunden dargestellt, die wiederum mit einem Prozessor 18, z.B. einem Mikrokontroller, ASIC oder FPGA, der Steuereinrichtung 9 verbunden ist.
• Insbesondere ist die Auswerteschaltung 10 hier von der mit der Kombinations-Schnüffelleitung 11 verbundenen Leiterbahn 17 über einen Koppelkondensator 19 verbunden, der eine Gleichspannungsabtrennung zwischen der Auswerteschaltung 10 und der Kombinations-Schnüffelleitung 11 bewirkt.
• Die Auswerteschaltung 10 weist, wie in dem vergrößerten Ausschnitt A gezeigt, mindestens einen ohmschen Widerstand 20 auf, der einerseits mit dem mit dem Prozessor 18 verbundenen Anschluss verbunden ist und andererseits mit einem vorgegebenen Bezugspotential oder Masse verbunden ist. Der Koppelkondensator 19 und der Widerstand 20 bilden ein Hochpassfilter 19, 20 für das von der Kombinations-Schnüffelleitung 11 ankommende Signal.
• Der Koppelkondensator 19 weist hier vorteilhafterweise einen Kapazitätswert C der Größe $$C=\frac{1}{2\cdot \pi \cdot R\cdot f_u}$$

  

  mit R dem Widerstandswert des Widerstands 20 und f_u einer gewünschten unteren Grenzfrequenz des Hochpassfilters 19, 20 auf. Die untere Grenzfrequenz f_u ist so gewählt, dass praktisch nur die mikrowelleninduzierten Spannungsanteile durchgelassen werden.
• Das - z.B. analoge - Ausgangssignal der Auswerteschaltung 10 wird zur Auswertung zu dem Prozessor 18 geleitet (z.B. zu einem Analogeingang eines Mikrokontrollers). Jedoch kann die Auswerteschaltung 10 auch noch andere Komponenten oder Bauteile (o. Abb.) aufweisen, beispielsweise einen A/D-Wandler, Operationsverstärker usw.
• Die Steuereinrichtung 9 kann dazu eingerichtet ist, beruhend auf einer Stärke des in der Kombinations-Schnüffelleitung 11 mikrowelleninduzierten Wechselstroms, repräsentiert durch das Mess- / Ausgangssignal bzw. die Messwerte der Auswerteschaltung 10, während eines Mikrowellenbetriebs eine Funkenbildung in dem Garraum 2 zu detektieren und ggf. mindestens eine entsprechende Aktion auszulösen, z.B. eine Leistung des Mikrowellengenerators 5 zu reduzieren, einen Hinweis an einen Nutzer auszugeben, usw.
• 3 zeigt eine Auftragung eines die Stärke der Leckagestrahlung repräsentierenden, durch die Auswerteschaltung 10 gemessenen Leckagestrahlungs-Messwerts LM in mV, wie sie beispielsweise von der Auswerteschaltung 10 ausgegeben wird, gegen einen Drehwinkel φ der Drehantenne 5b in Grad bei Mikrowellenbehandlung mit einer Leistung von 600 W einer in den Garraum 2 eingebrachten Wasserlast ohne Funkenbildung.
• Dabei wird angenommen, dass eine Feldverteilung der Mikrowellen im Garraum 2 nur durch Drehung der Drehantenne 5b eingestellt wird. Der mindestens eine relevante variable Mikrowellen-Betriebsparameter umfasst also hier nur den Drehwinkel φ der Drehantenne 5b, der Einstellwerte in einem Bereich [0°; 360°] annehmen kann, z.B. in Schritten von 1°, 5° oder 10°. Die Drehantenne 5b hat den Zweck, die eingebrachte Mikrowellenleistung im Gargut (o. Abb.) zu vergleichmäßigen. Während einer Drehung der Drehantenne 5b wird das Mikrowellenfeld im Garraum 2 zyklisch verändert und kann unter ungünstigen, aber nicht vorhersehbaren Bedingungen, und bei bestimmten Drehwinkeln Funkenüberschläge hervorrufen.
• Jedoch können allgemein alternativ oder zusätzlich weitere variabel einstellbare Mikrowellen-Betriebsparameter verwendet werden, z.B.
• - ein Drehwinkel mindestens eines Modenrührers (o. Abb.),
• - ein Drehwinkel des Drehtellers (7),
• - eine Leistung der eingestrahlten Mikrowellen,
• - eine Frequenz der eingestrahlten Mikrowellen,
• - eine Phase zwischen über unterschiedliche Einspeisungspunkte eingestrahlten Mikrowellen (o. Abb.),
• - usw.
• Die Auftragung zeigt, dass der Leckagestrahlungs-Messwert LM für zehn volle Umdrehungen der Drehantenne 5b sehr gut reproduzierbar ist, da beim Durchqueren jedes Drehwinkels ein (im Rahmen der Messgenauigkeit) sehr ähnlicher Messwert generiert wird. Daher ist eine Schwankungsbreite LMS für alle Einstellwerte des Drehwinkels φ gering, wie für den Winkelwert φ = 100° schematisch eingezeichnet (siehe auch 5).
• 4 zeigt eine Auftragung eines die Stärke der Leckagestrahlung repräsentierenden Leckagestrahlungs-Messwerts LM in mV gegen einen Drehwinkel φ der Drehantenne 5b in Grad bei Mikrowellenbehandlung mit einer Leistung von 600 W einer in den Garraum 2 eingebrachten Wasserlast und zusätzlich eingelegtem metallischem Backblech (o. Abb.). Aufgrund des eingelegten Backblechs kommt es nun zu einer mikrowellen-basierten Funkenbildung. Die Schwankungsbreite LMS ist weitaus höher als für den in 3 dargestellt Fall ohne Backblech, wie beispielhaft für φ = 50° eingezeichnet.
• Dabei hat es sich z.B. für einen Backofen mit Mikrowellenfunktion gezeigt, dass ab Mikrowellenleistungen von 360 W ein im Garraum 2 befindliches Backblech insbesondere an Kontaktstellen zum Einhängegestell oder Auszug eine Funkenbildung begünstigt. In diesem Fall waren während des gesamten Mikrowellenbetriebs regelmäßig Funkenüberschläge sicht- und hörbar. Die gezeigte Auftragung spiegelt dies wider: Durch die zufälligen Komponenten bei der Entstehung von Funken - es können bereits nanoskalige Effekte und Schwankungen ausreichend sein, um die Intensität und das räumliche Auftreten der Funken zu variieren - ist nun die Feldverteilung beim Durchqueren des gleichen Drehwinkels φ durch die Drehantenne 5b nicht mehr identisch. Diese Änderung der „Funkeneigenschaften“ lässt sich direkt in den Leckraten- bzw. Leckagestrahlungs-Messwerten beobachten. Diese nehmen nun bei gleichen Drehwinkeln φ bei jeder erneuten Umdrehung der Drehantenne 5b merklich unterschiedliche Einstellwerte an.
• 5 zeigt eine Auftragung einer Schwankungsbreite LMS des Leckagestrahlungs-Messwerts LM in mV gegen einen Drehwinkel φ der Drehantenne 5b in Grad für die Leckagestrahlungs-Messwerte LM aus 3 und 4, jeweils berechnet aus der Standardabweichung der Leckagestrahlungs-Messwerte LM für die einzelnen Drehwinkel φ.
• Die Zahl der zur Auswertung herangezogenen Antennenumdrehungen beträgt mindestens zwei, kann vorteilhafterweise aber auch mehr als zwei betragen.
• Aus 5 lässt sich automatisiert feststellen, ob sich in dem Garraum 2 Funken bilden bzw. Funkenüberschläge auftreten. Mögliche Kriterien, dass eine Funkenbildung vorliegt, können z.B. umfassen:
• - die Schwankungsbreite LMS der Leckagestrahlungs-Messwerte überschreitet eine vorgegebene Schwankungsbreite bzw. einen Grenzwert LMS_thr mindestens einmal, hier für einen bestimmten Einstellwert des Drehwinkels φ oder für einen bestimmten Drehwinkelbereich der Breite Δφ: [φ - Δφ/2; φ + Δφ/2];
• - die Schwankungsbreite LMS der Leckagestrahlungs-Messwerte überschreitet den Grenzwert LMS_thr für mehr als einen Einstellwert des Drehwinkels φ oder mehr als einen Drehwinkelbereich.
• Der Grenzwert LMS_thr - vorliegend beispielsweise bei LMS = 40 mV eingezeichnet - kann ein fest bestimmter Wert sein oder kann sich dynamisch aus den Messwerten ergeben. Beispielsweise kann der Grenzwert LMS_thr beruhend auf dem Durchschnittswert aller Schwankungsbreiten LMS berechnet werden.
• Auch können Funkenbildungen bzw. Funkenüberschläge besonders zuverlässig erkannt werden, wenn die obigen Kriterien für mehr als einen Messzyklus (d.h., ein volles Durchlaufen der Kombinationen der Einstellwerte der Mikrowellen-Betriebsparameter, hier: eine volle Antennenumdrehung) hintereinander erfüllt sind. Dies ist besonders vorteilhaft, da insbesondere an steilen Flanken der Messwertverläufe die Messungenauigkeit fehlerhafte Ergebnisse liefern kann (siehe z.B. 3 im Winkelbereich φ = [180°; 210°]). Allgemein zeigt aber der direkte Vergleich von 3 und 4, dass sich Funkenbildungen bzw. Funkenüberschläge mit großer Zuverlässigkeit feststellen lassen.
• Zur noch weiter gesteigerten Verbesserung der Zuverlässigkeit bei der Feststellung von Funkenbildungen bzw. Funkenüberschlägen - insbesondere ohne sog. „False Positives“ - können die Leckagestrahlungs-Messwerte LM bzw. Verläufe davon (z.B. wie in 3 und 4 gezeigt) einer Datenaufbereitung unterzogen werden. Beispielsweise können die Leckagestrahlungs-Messwerte LM aus den ersten (z.B. fünf bis zehn) Sekunden eines Mikrowellenbetriebs nicht herangezogen werden, da das Magnetron 5 während seiner Erwärmungsphase noch keinen stabilen Schwingungszustand erreicht hat und daher ggf. auch ohne Funkenbildung ein Aufspreizen der Leckagestrahlungs-Messwerte LM verursachen würde.
• Auch können die Leckagestrahlungs-Messwerte LM einer Kurvenanpassung (z.B. durch Interpolation) und/oder einer Glättung unterworfen werden.
• Werden Funkenbildungen bzw. Funkenüberschläge erkannt, kann es eine Aktion in Form einer Gegenmaßnahme sein, die in den Garraum 2 eingestrahlte Mikrowellenleistung schrittweise zu reduzieren. Sobald die Mikrowellenleistung soweit reduziert wurde, dass die Durchbruchfeldstärke nicht mehr erreicht wird, endet die Funkenerzeugung augenblicklich, was sich in einer stark verringerten Schwankungsbreite LMS erkennen lässt.
• Zusätzlich oder alternativ können mittels Ansteuerung des Schrittmotors der Drehantenne 5b durch die Steuereinrichtung 9 Winkelbereiche mit erhöhter Schwankungsbreite LMS schneller durchlaufen oder ausgespart werden. In Winkelbereichen mit geringer Schwankungsbreite LMS kann die Drehantenne 5b langsamer rotiert werden. Folglich kann ein Zeitfenster des Auftretens von Funken und damit eine Behandlungs- oder Gardauer deutlich reduziert werden. Aus 5 lassen sich exemplarisch Winkelbereiche mit langsamerer und schnellerer Drehgeschwindigkeit der Drehantenne 5b für das in 4 beschriebene Szenario bestimmen:
• - Schnelle Rotation für die Winkelbereiche [10°; 20°], [45°; 55°], [100°; 110°], [140°; 170°], [240°; 300°];
• - Verlangsamte Rotation für die Winkelbereiche [20°; 45°], [60°; 95°], [110°; 135°], [180°; 230°], [310°; 360°].
• Auch kann als eine Gegenmaßnahme eine Interaktion des Haushalts-Mikrowellengeräts mit dem Nutzer initiiert werden, bei welcher dieser darauf hingewiesen wird, das Zubehör zu entfernen, anders zu positionieren oder die eingestellte Mikrowellenleistung zu reduzieren.
• Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
• Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.
• Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
• Bezugszeichenliste

1

Haushalts-Mikrowellengerät

2

Garraum

3

Muffel

4

Tür

5

Mikrowellengenerator

5a

Mikrowellenführung

5b

Drehantenne

6

Bedieneinrichtung

7

Drehteller

8

Motor

9

Steuereinrichtung

10

Auswerteschaltung

11

Kombinations-Schnüffelleitung

12

Gehäuse

13

Reine Schnüffelleitung

14

Leiterplatte

15

Elektrische Leitung

16

Anschlusspunkt

17

Leiterbahn

18

Prozessor

19

Koppelkondensator

20

Widerstand

A

Ausschnitt

C

Kapazitätswert

LM

Leckagestrahlungs-Messwert

LMS

Schwankungsbreite des Leckagestrahlungs-Messwerts

LMS_thr

vorgegebene Schwankungsbreite / Grenzwert

R

Widerstandswert

φ

Drehwinkel der Drehantenne

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• JP 2009019796 A [0005]
• EP 3516928 A1 [0006]
• EP 2880963 A1 [0007]
• EP 2418916 A1 [0008]
• US 7525074 [0008]
• EP 2152047 A1 [0009]
• EP 2148553 A1 [0010]
• DE 2029559 A1 [0011]
• DE 19537755 A1 [0012]

Claims (15)

1. Verfahren zum Feststellen von Funkenüberschlägen in einem Behandlungsraum (2) eines Haushalts-Mikrowellengeräts (1) während eines Mikrowellen-Behandlungsablaufs, in dessen Verlauf ein Einstellwert mindestens eines Mikrowellen-Betriebsparameters (φ) variiert wird, wobei bei dem Verfahren - während des Mikrowellen-Behandlungsablaufs Messwerte (LM) einer Leckagestrahlung unter gleichen Einstellwerten des mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameters (φ) mehrfach hintereinander gemessen werden und - ein Funkenüberschlag erkannt wird, wenn eine Schwankungsbreite (LMS) der Messwerte (LM), die unter gleichen Einstellwerten gemessen worden sind, eine vorgegebene Schwankungsbreite (LMS_thr) erreicht oder überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Messwerte (LM) der Leckagestrahlung mittels einer außenhalb eines Behandlungsraums (2) angeordneten Schnüffelleitung (11, 13) gemessen werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schwankungsbreite (LMS) eine Differenz zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert von unter gleichen Einstellwerten des mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameters gemessenen Messwerten (LM) ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die Schwankungsbreite (LMS) eine Standardabweichung von unter gleichen Einstellwerten des mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameters gemessenen Messwerten (LM) ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Funkenüberschlag erkannt wird, wenn die Schwankungsbreite (LMS) für eine Kombination von Einstellwerten des mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameters (φ) erreicht oder überschritten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Funkenüberschlag erkannt wird, wenn die Schwankungsbreite (LMS) jeweils für mehrere Kombinationen von Einstellwerten des mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameters (φ) erreicht oder überschritten wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorgegebene Schwankungsbreite (LMS_thr) für den Mikrowellen-Behandlungsablauf fest vorgegeben ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorgegebene Schwankungsbreite (LMS_thr) anhand der gemessenen Messwerte (LM) dynamisch angepasst wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die für eine bestimmte Kombination von Einstellwerten der Mikrowellen-Betriebsparameter (φ) vorgegebene Schwankungsbreite (LMS_thr) einem Produkt aus einer für mehrere Kombinationen von Einstellwerten bestimmten durchschnittlichen Schwankungsbreite und einem Faktor A mit A > 1 entspricht.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Mikrowellen-Betriebsparameter (φ) mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameter aus der Gruppe - Drehwinkel (φ) mindestens einer Drehantenne (5b), - Drehwinkel mindestens eines Modenrührers, - Drehwinkel eines Drehtellers (7), - Leistung der eingestrahlten Mikrowellen, - Frequenz der eingestrahlten Mikrowellen, - Phase zwischen über unterschiedliche Einspeisungspunkte eingestrahlten Mikrowellen umfasst.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verfahren erst ab einer vorgegebenen Zeitdauer nach Beginn des Mikrowellen-Behandlungsablaufs durchgeführt wird.
12. Verfahren zum Betreiben eines Haushalts-Mikrowellengeräts (1), bei dem dann, wenn mittels des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ein Funkenüberschlag erkannt wird, mindestens eine Aktion ausgelöst wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die mindestens eine Aktion ein Verringern einer eingestrahlten Mikrowellenleistung für alle Einstellwerte des mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameters (φ) umfasst.
14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die mindestens eine Aktion ein Verringern einer eingestrahlten Mikrowellenleistung nur für Einstellwerte des mindestens einen Mikrowellen-Betriebsparameters (φ), bei denen die vorgegebene Schwankungsbreite (LMS_thr) überschritten wird, umfasst.
15. Haushalts-Mikrowellengerät (1), aufweisend einen Mikrowellengenerator (5) zum Erzeugen von Mikrowellen, einen Behandlungsraum (2), der mittels der erzeugten Mikrowellen beaufschlagbar ist, eine Mikrowellen-Detektionseinrichtung (10,11) zum Messen von aus dem Behandlungsraum (2) austretender Mikrowellen-Leckagestrahlung und eine Datenverarbeitungseinrichtung (10) zum Erkennen eines Funkenüberschlags durch Auswerten der durch die Mikrowellen-Detektionseinrichtung (10,11) gemessenen Mikrowellen-Leckagestrahlung (LM), wobei das Haushalts-Mikrowellengerät (1) zum Durchführen der Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.

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