DE102022129332A1

DE102022129332A1 - Verfahren zum sicheren Betrieb eines Gargeräts sowie Gargerät

Info

Publication number: DE102022129332A1
Application number: DE102022129332.7A
Authority: DE
Inventors: auf Antrag nicht genannt. Erfinder
Original assignee: Topinox SARL
Current assignee: Topinox SARL
Priority date: 2022-11-07
Filing date: 2022-11-07
Publication date: 2024-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sicheren Betrieb eines Gargeräts (10), das einen Garraum (16) und eine Mikrowellenquelle (26) mit einer Mikrowellenleistung aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:- Ermitteln eines Beladungszustands des Gargeräts (10),- Erfassen einer im Garraum (16) vorliegenden Garraumtemperatur,- Auswerten der erfassten Garraumtemperatur und des ermittelten Beladungszustands, um eine maximal zulässige Mikrowellenleistung zu bestimmen und- Begrenzen der Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle (26) auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sicheren Betrieb eines Gargeräts. Ferner betrifft die Erfindung ein Gargerät.
Gargeräte, die in der Profi- bzw. Großgastronomie zum Einsatz kommen, weisen neben einer Heizvorrichtung zur Erzeugung von Heißluft einen Dampfgenerator zur Erzeugung vom Dampf auf, um ein im Garraum des Gargeräts eingebrachtes Gargut zu garen. Die Heizvorrichtung und der Dampfgenerator erzeugen im Garraum eine Garraumatmosphäre, die auch als Garraumklima bezeichnet werden kann. Ein dem Garraumklima im Garraum ausgesetztes Gargut wird durch dieses entsprechend gegart, indem konvektionsbasiert Energie in das Gargut eingebracht wird.
Zusätzlich können derartige Gargeräte neben der Heizvorrichtung und dem Dampfgenerator auch eine Mikrowellenquelle aufweisen, die dazu dient, den Garprozess des Garguts zu beschleunigen, indem (zusätzliche) Energie im Form von Mikrowellen in das Gargut eingebracht wird.
Es hat sich herausgestellt, dass wenn kein Gargut im Garraum vorhanden ist, die in dem Garraum eingespeiste Mikrowellenstrahlung vorrangig mit dem Garraum selbst wechselwirkt, also in Komponenten des Gargeräts einkoppelt, die den Garraum beispielsweise begrenzen. Die Absorption der in den Garraum eingespeisten Mikrowellenstrahlung kann je nach Material und Zusammensetzung der Komponenten zu einer Beschädigung derselben führen. Um derartige Beschädigungen zu vermeiden, ist es im Stand der Technik angedacht, Gargeräte mit automatischen Sicherheitsabschaltungen auszurüsten. Diese erkennen einen Leerlaufbetrieb, also ein Betreiben des Gargeräts mit einem leeren Garraum, woraufhin automatisch die Mikrowelleneinspeisung abgeschaltet wird.
Beispielsweise ist aus der DE 10 2004 015 993 A1 ein Mikrowellengerät bekannt, das automatisch den Leerlaufbetrieb ermittelt und eine Einrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen automatisch abschaltet, wenn ein Leerlauf des Gargeräts erkannt worden ist.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass es unter Umständen auch schon bei geringen oder sogar mittleren Beladungen des Gargeräts zu Verschleiß von Komponenten des Gargeräts kommen kann. Dies ist unerwünscht, da die entsprechenden Komponenten früh ausgetauscht werden müssen, wodurch die Kosten steigen.
Insofern ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein Gargerät sicher betrieben werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum sicheren Betrieb eines Gargeräts, das einen Garraum und eine Mikrowellenquelle mit einer Mikrowellenleistung aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Ermitteln eines Beladungszustands des Gargeräts,
- Erfassen einer im Garraum vorliegenden Garraumtemperatur,
- Auswerten der erfassten Garraumtemperatur und des ermittelten Beladungszustands, um eine maximal zulässige Mikrowellenleistung zu bestimmen, und
- Begrenzen der Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass das Gargerät mit der Mikrowellenquelle sicher betrieben werden kann, indem die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle auf die für den Beladungszustand und vorliegende Garraumtemperatur maximal zulässige Mikrowellenleistung begrenzt wird. Dadurch kann die in den Garraum eingespeiste Energie in Form von Mikrowellen begrenzt werden, wodurch weniger Mikrowellenenergie mit den Komponenten des Gargeräts wechselwirken kann, sodass eine Beschädigung der Komponenten aufgrund der Mikrowellen wirkungsvoll verhindert wird. Es wurde festgestellt, dass bei einer fehlenden oder geringen Last im Garraum, also keiner oder einer geringen Beladung des Gargeräts, die Energie der Mikrowellen in Komponenten des Gargeräts einkoppeln können, welche im Garraum vorhanden sind oder diesen begrenzen, wodurch diese Komponenten erhitzt werden. Dies führte zu einem erhöhten Verschleiß oder sogar zur Beschädigung der Komponenten, was nunmehr wirkungsvoll verhindert wird, wodurch ein zuverlässiger und sicherer Betrieb des Gargeräts möglich ist.
Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Sicherheitsabschaltungen, die lediglich vorsehen, den Mikrowellenbetrieb vollständig zu unterbinden, sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle zu regulieren bzw. zu reduzieren, sofern dies nötig ist. Die Mikrowellenleistung wird erfindungsgemäß daher auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung unter den gegebenen Umständen reduziert, anstatt komplett auf null gesetzt zu werden. Dadurch kann das Gargerät sicher betrieben werden, ohne zwingend die Mikrowellenquelle abzuschalten. Mit anderen Worten ist dennoch ein Mikrowellenbetrieb des Gargeräts möglich.
Zudem wurde festgestellt, dass zum Bestimmen der maximal zulässigen Mikrowellenleistung neben dem Beladungszustand des Gargeräts auch die im Garraum vorliegende Garraumtemperatur eine Rolle spielt. Eine Beschädigung einer Komponente im Garraum kann demnach auch auftreten, wenn Mikrowellen in einem schon aufgeheizten Garraum eingespeist werden, der darüber hinaus auch beladen ist. Insofern wird im Verfahren neben dem Beladungszustand des Gargeräts auch die im Garraum vorliegende Garraumtemperatur berücksichtigt, um eine maximal zulässige Mikrowellenleistung zu stimmen.
Beide Parameter, also der Beladungszustand sowie die im Garraum vorliegende Garraumtemperatur, haben demnach einen Einfluss darauf, wie hoch der Energieeintrag durch Mikrowellen noch sein darf, woraus sich die maximal zulässige Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle ergibt. Die maximal zulässige Mikrowellenleistung ist dabei insbesondere abhängig von der berücksichtigten Komponente. Sofern mehrere Komponenten berücksichtigt werden, kann die maximal zulässige Mikrowellenleistung aufgrund der Komponente gewählt werden, die die geringste maximal zulässige Mikrowellenleistung zulässt. Hierdurch ist gewährleistet, dass keine der berücksichtigten Komponenten im beschädigt wird. Insofern kann eine global maximal zulässige Mikrowellenleistung ermittelt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird beim Auswerten ein maximal zulässiger Energieeintrag in eine Komponente des Gargeräts und/oder eine maximal zulässige Temperatur einer Komponente des Gargeräts berücksichtigt. Die maximal zulässige Mikrowellenleistung ist derart bestimmt, dass beim Betrieb der Mikrowellenquelle mit der maximal zulässigen Mikrowellenleistung der maximal zulässige Energieeintrag in die Komponente des Gargeräts und/oder die maximal zulässige Temperatur der Komponente des Gargeräts nicht überschritten werden bzw. wird.
Als der maximal zulässige Energieeintrag wird der Eintrag einer Energie verstanden, der eine Komponente des Gargeräts zugeführt werden darf, ohne dass die Komponente durch die Aufnahme der Energie beschädigt wird.
Unter der maximal zulässigen Temperatur wird diejenige Temperatur verstanden, die eine Komponente des Gargeräts nicht überschreiten sollte, insbesondere während des Betriebs der Mikrowellenquelle mit der maximal zulässigen Mikrowellenleistung.
Die Komponente des Gargeräts kann eine beliebige Komponente bzw. ein beliebiger Bestandteil des Gargeräts innerhalb des Garraums sein, beispielsweise eine Garraumwand, ein im Garraum vorgesehener Temperaturfühler, ein Sensor, ein Gestell, eine Beleuchtung und/oder ein Sichtfenster der Garraumtür, insbesondere eine Scheibe. Die Komponenten des Gargeräts weisen alle jeweils einen maximal zulässigen Energieeintrag bzw. eine maximal zulässige Temperatur auf, ab welcher eine Beschädigung der Komponenten eintreten kann. Der maximal zulässige Energieeintrag ist somit individuell für jede der Komponenten. Dies gilt in gleicher Weise für die maximal zulässige Temperatur.
Beispielsweise wird als maximal zulässige Temperatur für den Temperaturfühler der Schmelzpunkt einer Kabelummantelung herangezogen. Im Falle des Sichtfensters der Garraumtür kann die Sprungtemperatur der im Sichtfenster verbauten Scheibe, insbesondere Glasscheibe, als maximal zulässige Temperatur definiert werden.
Durch das Berücksichtigen des maximal zulässigen Energieeintrags und/oder der maximal zulässigen Temperatur kann auf einfache Weise eine Beschädigung einer Komponente während des Betriebs verhindert werden.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass für die Komponente des Gargeräts ein Modell, ein funktionaler Zusammenhang oder eine Tabelle, insbesondere empirisch, ermittelt worden ist, worauf basierend die maximal zulässige Mikrowellenleistung in Abhängigkeit des Beladungszustands und der Garrauntemperatur und/oder in Abhängigkeit einer Energiebilanz bestimmbar ist.
Das Modell, der funktionale Zusammenhang oder die Tabelle basieren vorzugsweise auf Daten, die im Vorhinein ermittelt worden sind. Beispielsweise sind die Daten aus Versuchsreihen gewonnen worden, in denen der Einfluss von variierenden Mikrowellenleistungen auf einen Garraum mit verschiedenen Beladungszuständen und/oder verschiedenen Garraumtemperaturen untersucht wird. Dabei kann für unterschiedliche Kombinationen eines Beladungszustands und einer Garraumtemperatur empirisch eine maximal zulässige Mikrowellenleistung bestimmt werden, die in den Garraum eingespeist werden darf, ohne dass ein maximal zulässiger Energieeintrag in eine Komponente des Gargeräts und/oder eine maximal zulässige Temperatur einer Komponente des Gargeräts überschritten wird. Die so erhaltenen Daten können dem Modell, dem funktionalen Zusammenhang oder der Tabelle zu Grunde gelegt werden, um auf deren Basis die maximal zulässige Mikrowellenleistung in Abhängigkeit des Beladungszustands und der Garrauntemperatur zu bestimmen.
Grundsätzlich lässt sich der Energieeintrag in Komponenten des Gargeräts durch Mikrowellen abschätzen. Die Mikrowellen können dabei von einer Halbleiter-Mikrowellenquelle bereitgestellt werden, die auch als SSC-Mikrowellenquelle („Solid State Cooking“ - SSC) bezeichnet wird. Aus der DE 10 2021 131 619 A1 ist beispielsweise bekannt, den Mikrowelleneintrag in ein Lebensmittel bzw. Gargut zu ermitteln, nämlich über die Formel P_GG = (1- Q_beladen/Q_leer)*P_wirk. Es wurde festgestellt, dass eine vom Gargut tatsächlich absorbierte Leistung P_GG in guter Näherung proportional, insbesondere direkt proportional, zu einer eingespeisten Leistung P_wirk sein kann, wobei die Proportionalitätskonstante von einem Verhältnis der Garraumeigenschaften Q_beladen/Q_leer abhängig ist. Die Kenntnis eines solchen Zusammenhanges ermöglicht es, die vom Gargut tatsächlich absorbierte Leistung P_GG schnell und einfach zu bestimmen.
In analoger Weise hierzu kann der Energieeintrag in eine Komponente des Garraumes ermittelt werden. Es wird also angenommen, dass die Leistung, die nicht vom Gargut absorbiert wird, von den Komponenten des Garraums absorbiert wird, sodass sich für alle Komponenten die Formel P_Komponenten = Q_beladen/Q_leer * P_wirk gilt, bei der P_Komponenten die absorbierte Leistung aller Komponenten des Garraums entspricht.
Beispielsweise liegt eine Gesamtleistung (P_wirk) von 1000 W der Mikrowellen vor. Davon fließen beladungsabhängig z.B. 800 W in das Gargut, sodass P_GG 800 W beträgt. Die restlichen 200 W fließen dann wiederum beladungsabhängig in die Komponenten des Garraums, sodass P_Komponenten = 200 W gilt. Insofern teilt sich die Gesamtleistung in einen Mikrowelleneintrag in das Gargut, beispielsweise 800 W, und einen Mikrowelleneintrag in die Komponenten auf, beispielsweise 200 W.
Der Mikrowelleneintrag in die Komponenten, also die 200 W, teilt sich wiederum auf die verschiedenen Komponenten des Garraums auf, beispielsweise Garraumwände, Garraumtür, Einhängegestell, Luftleitblech, etc.. Das jeweilige Teilungsverhältnis für den Mikrowelleneintrag in die Komponenten kann mit Simulationen oder über Messungen ermittelt werden.
Basierend auf der Schätzung des Mikrowelleneintrags in eine bestimmte Komponente kann mit einem Modell kontinuierlich die maximal mögliche Mikrowellenleistung bestimmt werden.
Mittels des Modells, dem funktionalen Zusammenhang oder der Tabelle kann zudem eine Energiebilanz für zumindest eine der Komponenten erstellt werden, basierend auf der die maximal zulässige Mikrowellenleistung bestimmt wird. Über die Energiebilanz kann eine Temperatur der entsprechenden Komponente ermittelt bzw. abgeschätzt werden. Es ist also nicht notwendig, die Temperatur zu messen. Bei der Energiebilanz können Effekte berücksichtigt sein, die einen Effekt auf die Temperatur der jeweiligen Komponente haben, beispielsweise ein „Kühlen“ durch umströmende Heißluft und/oder eine Wärmeabstrahlung nach außen durch die Isolierung berücksichtigt. Beispielsweise wird ausgehend von der erfassten Garraumtemperatur ein Modell angewandt, aus dem die Energiebilanz für die Komponente(n) bestimmt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird der Beladungszustand durch eine Eingabe eines Benutzers vorgegeben.
Beispielsweise gibt der Benutzer den Beladungszustand im Garraum manuell über eine Benutzerschnittstelle am Gargerät ein. Dies kann durch Eingabe einer Anzahl an belegten Einschüben des Gargeräts oder über die Eingabe einer Mengenangabe des eingebrachten Garguts erfolgen, beispielsweise in Form einer Masse.
Unter einem Beladungszustand, wird die Gesamtmenge an Gargut verstanden, die im Garraum vorliegt. Der Beladungszustand kann einen Bereich von 0% bis 100% aufweisen, wobei 0% einen leeren Garraum und 100% einen vollständig gefüllten Garraum entspricht, also einem Garraum, in dem alle Einschübe belegt sind. Bei dem Beladungszustand des Gargeräts kann es sich also um eine relative Größe handeln.
Grundsätzlich kann der Beladungszustand auch als absolute Größe angegeben werden. Beispielsweise kann über die Benutzerschnittstelle auch direkt die Anzahl der zu garenden Gargüter und/oder das Gewicht der zu garenden Güter eingegeben werden.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass zum Ermitteln des Beladungszustands zumindest ein Garraumklima-Wert im Garraum erfasst wird und/oder eine dielektrische Last (approximative Güte) des Garraums zunächst bestimmt wird, basierend auf der der Beladungszustand ermittelt wird.
Unter einem Garraumklima-Wert wird ein Wert verstanden, der das Garraumklima bzw. die Garraumatmosphäre definiert. Dies kann ein Feuchtewert des Garraums, eine Geschwindigkeit des Lüfters und/oder ein Druck im Garraum sein. Grundsätzlich handelt es sich auch bei der Garraumtemperatur, die ohnehin erfasst wird, um einen Garraumklima-Wert.
Das Gargerät kann also einen Garraumklima-Wert im Garraum erfassen und unter anderem auf Grundlage dessen den Beladungszustand im Garraum ermitteln, insbesondere automatisch ohne manuelle Eingabe durch den Benutzer. Dies kann jedoch zusätzlich zu der oben genannten manuellen Eingabe des Benutzers erfolgen, um als ein Plausibilitätscheck zu fungieren, bei dem die manuelle Eingabe des Benutzers gegengeprüft wird. Allerdings kann das Ermitteln des Beladungszustands auf Grundlage eines Garraumklima-Werts im Garraum auch unabhängig von einer manuellen Eingabe eines Benutzers erfolgen, also ausschließlich basierend auf dem zumindest einen Garraumklima-Wert.
Auch kann der Beladungszustand über die dielektrische Last des Garraums ermittelt werden, welche beispielsweise unter anderem mittels einer Halbleiter-Mikrowellenquelle bestimmbar ist. Die dielektrische Last Q des Garraums stellt die tatsächliche „Mikrowellenbeladung“ dar, also die Beladung aus Sicht der Mikrowellen.. Beispielsweise kann die dielektrische Last über den Betrag des Gradienten der Ableitung der S-parameter (Streuparameter) im Betrag berechnet werden, insbesondere aller Streuparameter. Streuparameter sind verhältnismäßig einfach zu bestimmen, nämlich mittels ein- bzw. auslaufender elektromagnetischer Wellen. Zudem werden die Streuparameter ohnehin bei vielen modernen Gargeräten mit Mikrowellenquelle standardmäßig zu Heizregelungszwecken erfasst.
Der Beladungszustand im Garraum kann mittels der folgenden Schritte automatisch ermittelt werden:

- Erfassen eines Gradienten einer Temperaturveränderung, und
- gemeinsames Auswerten des zumindest einen Garraumklima-Werts und des Gradienten der Temperaturveränderung, um den Beladungszustand abzuschätzen.

Die Temperaturveränderung kann dabei eine Veränderung der Garraumtemperatur, aber auch eine Veränderung einer anderen Temperatur sein, die von einem Temperatursensor erfasst wird, beispielsweise von einem Temperatursensor eines Kerntemperaturfühlers oder von einem Temperatursensor, der einem Mikrowellenabsorber zugeordnet ist.
Insbesondere kann der Beladungszustand mittels eines Verfahrens ermittelt werden, das die folgenden Schritte umfasst:

- Erfassen zumindest eines Garraumklima-Werts im Garraum,
- Erfassen eines Gradienten einer Temperaturveränderung mittels eines einer Mikrowellenfalle oder einem Mikrowellenabsorber zugeordneten Temperatursensors, und
- gemeinsames Auswerten des zumindest einen Garraumklima-Werts und des Gradienten der Temperaturveränderung, um die Last im Garraum des Gargeräts abzuschätzen.

Grundsätzlich werden zwei unterschiedliche Informationen, die über unterschiedliche, insbesondere unabhängige, Sensoren des Gargeräts gewonnen werden, miteinander fusioniert, um diese bei der Auswertung zu nutzen. Hierzu wird neben dem Garraumklima-Wert, der von einem herkömmlichen Sensor erfasst wird, welcher beispielsweise dem Garraum zugeordnet ist, zusätzlich noch der Gradient der Temperaturveränderung des der Mikrowellenfalle oder dem Mikrowellenabsorber zugeordneten Temperatursensors erfasst, wobei die Daten gemeinsam ausgewertet werden.
Der der Mikrowellenfalle oder dem Mikrowellenabsorber zugeordnete Temperatursensor ist grundsätzlich eingerichtet, eine Temperatur zumindest eines Abschnitts der Mikrowellenfalle bzw. des Mikrowellenabsorbers zu erfassen. Hierdurch ist es möglich, die Mikrowellen-Energie(dichte) im Garraum zu ermitteln, indem die Temperaturveränderung des Abschnitts der Mikrowellenfalle bzw. des Mikrowellenabsorbers über den Temperatursensor detektiert wird. Die hieraus abgeleitete Information über die im Garraum vorliegende MikrowellenEnergie(dichte) wird zusammen mit dem zumindest einen erfassten Garraum-Wert gemeinsam ausgewertet, um eine möglichst exakte Abschätzung der im Garraum des Gargeräts vorhandenen Last zu ermöglichen, also der Beladung.
Es kann vorgesehen sein, dass der zeitliche Verlauf der Temperaturveränderung der Mikrowellenfalle bzw. des Mikrowellenabsorbers vom zugeordneten Temperatursensor detektiert wird, wodurch auf die im Garraum befindliche dielektrische Last geschlossen werden kann. Die dielektrische Last, hängt von der Menge und/oder der Art des im Garraum befindlichen Garguts bzw. Garzubehörs.
Die Mikrowellenquelle bringt Mikrowellen in den Garraum ein, wodurch sich in Abhängigkeit der im Garraum befindlichen dielektrischen Last ein elektromagnetisches Feld im Garraum ausbildet. Das im Garraum befindliche elektrische Feld hat ein elektrisches Feld in der Mikrowellenfalle zur Folge, welches von der Intensität her proportional zum elektrischen Feld im Garraum ist. Das elektrische Feld führt wiederum zu dielektrischen sowie ohmschen Verlusten, wobei die Größe der dielektrischen bzw. ohmschen Verluste von der Stärke des elektrischen Feldes in der Mikrowellenfalle abhängt, sodass die dielektrischen bzw. ohmschen Verluste proportional zum elektrischen Feld im Garraum sind. Daher kann über die Temperaturveränderung in der Mikrowellenfalle, die vom Temperatursensor entsprechend erfasst wird, auf die dielektrische Last im Garraum rückgeschlossen werden.
Grundsätzlich führen beide Mechanismen, also die dielektrischen Verluste sowie die ohmschen Verluste, innerhalb der Mikrowellenfalle zu einer Temperaturerhöhung im Bereich der Mikrowellenfalle, die vom zugeordneten Temperatursensor erfasst wird. Daher ist es möglich, über die Temperaturveränderung) der Mikrowellenfalle (indirekt) auf das im Garraum vorliegende elektrische Feld und somit auf die im Garraum befindliche dielektrische Last zu schließen, da diese das elektrische Feld entsprechend beeinflusst.
Wie bereits erläutert, wird diese Information zusammen mit der Information des Garraumklima-Werts, der zusätzlich von einem separaten Sensor erfasst wird, genutzt und gemeinsam ausgewertet, um hierdurch möglichst exakt die im Garraum des Gargeräts befindliche (dielektrische) Last abzuschätzen.
Bei Mikrowellenfallen handelt es sich um grundsätzlich bekannte Baugruppen, die beispielsweise als sogenannte λ/4-Fallen ausgebildet sind. Die Mikrowellenfallen haben also eine elektrische Länge, die abhängig von der Wellenlänge ist und zu einer stehenden Welle innerhalb der Geometrie führt. Die Mikrowelle resoniert in der Geometrie, was zu Feldüberhöhungen führt und somit die Verluste maximiert.
Mikrowellenfallen dienen im Allgemeinen dazu, elektromagnetische Wellen, also Mikrowellen, daran zu hindern, die Mikrowellenfalle zu passieren. Die Mikrowellenfallen weisen hierzu typischerweise eine offene Seite, über die die elektromagnetischen Wellen in die Mikrowellenfallen gelangen können, sowie eine zur offenen Seite entgegengesetzte Seite auf, die auch als Boden der Mikrowellenfalle bezeichnet wird.
Beispielsweise ist die Mikrowellenfalle in Resonanz zu den elektromagnetischen Wellen, sodass ein Kurzschluss im Bereich der Mikrowellenfalle entsteht, welcher eine Reflexion der elektromagnetischen Wellen zur Folge hat, wodurch diese nicht die Mikrowellenfalle passieren können. Es wird nämlich erreicht, dass die elektromagnetischen Wellen an oder in der Mikrowellenfalle reflektiert werden, sodass die in der Mikrowellenfalle einlaufenden elektromagnetischen Wellen die Mikrowellenfalle nicht passieren bzw. weiter in die Einfallsrichtung laufen können.
Dabei entstehen die dielektrischen bzw. ohmschen Verluste, die in Wärmeenergie umgewandelt werden, was von dem der Mikrowellenfalle zugeordneten Temperatursensor erfasst werden kann.
Eine Mikrowellenfalle entspricht also einer für die Mikrowelle resonanten Form bzw. Struktur.
Insbesondere entstehen die ohmschen Verluste im Bereich des Bodens der Mikrowellenfalle, nämlich aufgrund eines Kurzschluss-Stroms.
Dagegen handelt es sich bei dem Mikrowellenabsorber um ein Bauteil, welches Mikrowellen (elektromagnetische Strahlung) absorbiert, wodurch sich der Mikrowellenabsorber erwärmt, was entsprechend mittels des zugeordneten Temperatursensors erfasst werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden bzw. wird der Garraumklima-Wert und/oder eine der Temperaturveränderung zugrundeliegende Temperatur mittels eines ersten Sensors erfasst, der in einem Kerntemperaturfühler angeordnet ist, insbesondere wobei ein zweiter Sensor vorgesehen ist, der die der Temperaturveränderung zugrundeliegende Temperatur und/oder dem Garraumklima-Wert zusätzlich zum ersten Sensor erfasst. Der zweite Sensor ist außerhalb des Kerntemperaturfühlers im Gargerät angeordnet.
Die der Temperaturveränderung zugrundeliegende Temperatur kann die Garraumtemperatur sein. Es kann jedoch auch eine Temperatur der Mikrowellenfalle sein, die im Kerntemperaturfühler angeordnet ist. Der Kerntemperaturfühler ist ein Temperatursensor, der zum Messen der Kerntemperatur eines Garguts verwendet wird. Dieser befindet sich daher üblicherweise im Garraum, wodurch dieser im nicht eingesteckten Zustand grundsätzlich auch die Garraumtemperatur messen kann. Der entsprechende Temperatursensor des Kerntemperaturfühlers kann jedoch auch einer Mikrowellenfalle des Kerntemperaturfühlers zugeordnet sein, wodurch eine Erwärmung der Mikrowellenfalle des Kerntemperaturfühlers erfasst wird.
Dadurch, dass neben dem ersten Sensor ein zweiter Sensor vorgesehen ist, kann das Verfahren insgesamt zuverlässiger gestaltet werden, da der zweite Sensor beispielsweise die vom ersten Sensor erfasste Garraumtemperatur überprüfen kann. Die erhaltene Garraumtemperatur kann somit zuverlässiger bestimmt werden. Ebenso kann die dielektrische Last bzw. die Beladung dadurch genauer abgeschätzt werden, dass eine Temperatur bzw. Temperaturveränderung einer Mikrowellenfalle des Kerntemperaturfühlers mittels des ersten Sensors und eine Temperatur bzw. Temperaturveränderung eines Mikrowellenabsorbers mittels des zweiten Sensors erfasst werden. Beide Größen können dann gemeinsam ausgewertet werden.
Ferner kann der zweite Sensor für den ersten Sensor einspringen kann, falls der erste Sensor aufgrund eines Defekts oder einer Störung ausfällt. Der zweite Sensor dient somit als eine Art Ersatzsensor zum ersten Sensor.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Mikrowellenquelle mit der maximal zulässigen Mikrowellenleistung betrieben wird, sodass von der Mikrowellenquelle erzeugte Mikrowellen in den Garraum eingespeist werden und/oder wobei die maximal zulässige Mikrowellenleistung größer 0% und kleiner oder gleich 100% der Nennleistung der Mikrowellenquelle ist. Mit anderen Worten sieht das erfindungsgemäße Verfahren eben keine unerwünschte vollständige Abschaltung der Mikrowellenquelle vor. Stattdessen werden beim Betrieb der Gargeräts von der Mikrowellenquelle erzeugte Mikrowellen stetig in den Garraum eingespeist, aber mit eventuell unterschiedlicher Mikrowellenleistung, sodass der Mikrowellenbetrieb nicht durch ein vollständiges Abschalten der Mikrowelleneinspeisung unterbrochen wird, wie es im Stand der Technik durchgeführt wird.
Beim Bestimmen der maximal zulässigen Mikrowellenleistung kann zusätzlich ein weiterer Garraumklima-Wert, ein Lastregelwert, ein Heizleistungswert und/oder ein Gradient einer Temperaturveränderung verwendet werden, insbesondere ein Verhältnis aus dem Gradienten der Garraumtemperatur und der eingebrachten Heizleistung (ohne Mikrowelleneintrag). Die zusätzlichen Informationen, die über die obengenannten Werte gewonnen und mit ausgewertet werden, stellen sicher, dass Fehlinterpretationen ausgeschlossen werden können, sodass das Bestimmen der maximal zulässigen Mikrowellenleistung insgesamt zuverlässiger wird. Der Informationsgewinn aufgrund der zusätzlichen Daten stellt also eine Art Plausibilitätsprüfung dar.
Beispielsweise kann zum Bestimmen der maximal zulässigen Mikrowellenleistung ein Lastregelwert (LRW) herangezogen werden. Der Lastregelwert wird auf Grundlage eines Garraumklima-Werts bestimmt, wobei insbesondere ein Ist-Wert des Garraumklimas und ein historischer Garraumklima-Wert verwendet werden, um den Lastregelwert zu ermitteln.
Zusätzlich kann zum Bestimmen der maximal zulässigen Mikrowellenleistung ein Verhältnis aus dem Gradienten der Garraumtemperatur und einer thermischen Heizleistung verwendet werden. Die thermische Heizleistung stammt insbesondere von der Heißluftvorrichtung und/oder dem Dampfgenerator. Der Gradient der Garraumtemperatur und die thermische Heizleistung werden gemeinsam ausgewertet. Die Verwendung eines Verhältnisses eines Gradienten einer Garraumtemperatur und der thermischen Heizleistung ermöglicht ein detaillierteres Bild über den in dem Garraum einfließenden Energieeintrag, wodurch die maximal zulässige Mikrowellenleistung genauer bestimmt werden kann.
Grundsätzlich kann die maximal zulässige Mikrowellenleistung während eines ablaufenden Garvorgangs mehrfach bestimmt werden, insbesondere in definierten Zeitintervallen, also periodisch, beispielsweise jede Sekunde. Es kann auch vorgesehen sein, dass die maximal zulässige Mikrowellenleistung bestimmt wird, wenn eine Änderung eines Parameters erfasst wird, die über einem Schwellenwert liegt, beispielsweise eine Temperaturänderung der Garraumtemperatur oberhalb eines definierten Schwellenwerts, z.B. einem Schwellenwert von 5°C oder 10°C.
Auch kann eine Produktentnahme dazu führen, dass die maximal zulässige Mikrowellenleistung erneut bestimmt wird, da sich der Beladungszustand verändert hat. Dies kann in einfacher Weise über einen Türöffnungssensor der Garraumtür oder über eine Belegungserkennung der Einschübe realisiert werden.
Es ist dadurch sichergestellt, dass die maximal zulässige Mikrowellenleistung adaptiv an sich verändernde Umstände beim Ablauf des Garvorgangs angepasst wird.
Allgemein kann bei Verwendung einer Halbleiter-Mikrowellenquelle kontinuierlich, beispielsweise jede Sekunde, der Mikrowelleneintrag in die Komponenten geschätzt werden, also der Energieeintrag aufgrund der erzeugten Mikrowellen. Zudem kann basierend darauf eine Energiebilanz der Komponenten erstellt werden. Nähert sich die darüber geschätzte Temperatur einem Grenz- bzw. Schwellenwert an, so wird der Energieeintrag der Mikrowellenquelle reduziert.
Ferner betrifft die Erfindung ein Gargerät zum Garen von Gargut, wobei das Gargerät einen Garraum, eine dem Garraum zugeordnete Mikrowellenquelle zum Einspeisen von Mikrowellen mit einer bestimmten Mikrowellenleistung in den Garraum und wenigstens einen Temperatursensor zum Erfassen einer Garraumtemperatur umfasst. Das Gargerät weist zudem eine Auswerteeinheit auf, die mit dem wenigstens einen Temperatursensor signalübertragend verbunden ist. Die Auswerteeinheit ist ferner dazu eingerichtet, eine maximal zulässige Mikrowellenleistung für die Mikrowellenquelle basierend auf der vom Temperatursensor erfassten Garraumtemperatur und einem ermittelten Beladungszustand des Gargeräts zu bestimmen. Das Gargerät weist ebenfalls eine Steuerung auf, die mit der Auswerteeinheit und der Mikrowellenquelle signalübertragend verbunden ist. Die Steuerung ist eingerichtet, die von der Auswerteeinheit bestimmte maximal zulässige Mikrowellenleistung zu empfangen und auf Basis dessen die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle zu begrenzen.
Insofern ist das Gargerät eingerichtet, das zuvor genannte Verfahren auszuführen. Hinsichtlich der Eigenschaften und Vorteile des Gargeräts wird auf die vorherigen Ausführungen verwiesen, die in analoger Weise für das Gargerät gültig sind, das entsprechend eingerichtet ist.
Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Gargerät zudem wenigstens einen Klimasensor zum Feststellen eines Garraumklima-Werts im Garraum aufweist. Die Auswerteeinheit ist zudem mit dem wenigstens einen Klimasensor signalübertragend verbunden, und ferner dazu eingerichtet, unter anderem anhand des vom Klimasensor erfassten Garraumklima-Werts den Beladungszustand im Garraum festzustellen. Mittels des Klimasensors kann somit der Garraumklima-Wert erfasst werden, der genutzt wird, um beispielsweise den Beladungszustand des Gargeräts automatisch zu ermitteln.
Sofern als Mikrowellenquelle also eine Halbleiter-Mikrowellenquelle vorgesehen ist, kann der Beladungszustand des Gargeräts (aus elektromagnetischer Sicht) über die dielektrische Last des Garraums ermittelt werden.
Anschließend kann das zuvor beschriebene Modell angewandt werden, um den jeweiligen Energieeintrag der Mikrowellen in eine oder mehrere unterschiedliche Komponente(n) des Gargeräts zu ermitteln.
Zudem wird die im Garraum vorliegende Garraumtemperatur erfasst, wobei diese gemeinsam mit dem Beladungszustand ausgewertet wird, insbesondere der dielektrischen Last des Garraums und der daraus ermittelten Informationen bzgl. des Mikrowelleneintrags in zumindest eine Komponente des Gargeräts. Hierdurch lässt sich die maximal zulässige Mikrowellenleistung bestimmen und die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung begrenzen.
Beispielsweise wird ausgehend von der erfassten Garraumtemperatur ein Modell angewandt, aus dem die Energiebilanz für die Komponente(n) bestimmt werden kann, um so die Temperatur der Komponente(n) zu ermitteln, insbesondere ohne diese tatsächlich zu messen. Ein hierzu hinterlegtes Modell kann dabei zuvor experimentell oder per Simulation ermittelt worden sein, sodass Effekte wie „Kühlen“ durch umströmende Heißluft und/oder Wärmeabstrahlung nach außen durch die Isolierung berücksichtigt werden. In jedem Fall lässt sich so die (aktuelle) Temperatur der Komponente(n) abschätzen.
Sollte beim Abschätzen der aktuellen Temperatur der Komponente(n) festgestellt werden, dass diese einen Schwellen- bzw. Grenzwert überschreitet, so wird die Leistung der Mikrowellenquelle reduziert bzw. die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle begrenzt, nämlich auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung, bei der die abgeschätzte aktuelle Temperatur der Komponente(n) den Schwellen- bzw. Grenzwert nicht überschreitet.
Das Gargerät, insbesondere die Auswerteeinheit des Gargeräts, kann zudem eingerichtet sein, Streuparameter (S-Parameter) zu messen, sofern als Mikrowellenquelle eine Halbleiter-Mikrowellenquelle verwendet wird.
Beispiele
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen beschrieben, die jedoch nicht in einem einschränkenden Sinn auszulegen sind, sondern beispielhaft den Erfindungsgedanken erläutern.
Beispiel 1:
Es wird ein Beladungszustand im Garraum von 0 % ermittelt. Zudem wird eine Garraumtemperatur von 30 °C erfasst. Die erfasste Garraumtemperatur und der ermittelte Beladungszustand werden ausgewertet und eine maximal zulässige Mikrowellenleistung von 100 % der Nennleistung der Mikrowellenquelle bestimmt. Abschließend wird die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung von 100 % begrenzt.
Insofern unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren bereits anhand dieses Beispiels von einem aus dem Stand der Technik bekannten Leerlaufschutz, da trotz leerem Garraum (Beladungszustand von 0 %) eine Mikrowellenleistung ermöglicht wird. Aufgrund der (geringen) Garraumtemperatur von 30°C ist sogar ein Mikrowellenbetrieb mit voller Nennleistung möglich, nämlich einer Mikrowellenleistung von 100 %.
Beispiel 2:
Es wird ein Beladungszustand im Garraum von 0 % ermittelt. Zudem wird eine Garraumtemperatur von 180 °C erfasst. Die erfasste Garraumtemperatur und der ermittelte Beladungszustand werden ausgewertet und eine maximal zulässige Mikrowellenleistung von 100 % der Nennleistung der Mikrowellenquelle bestimmt. Abschließend wird die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung von 100 % begrenzt.
Erneut wird deutlich, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren von einem aus dem Stand der Technik bekannten Leerlaufschutz unterscheidet, da trotz des leeren Garraums (Beladungszustand von 0 %) eine Mikrowellenleistung möglich ist, insbesondere mit voller Nennleistung, nämlich einer Mikrowellenleistung von 100 %.
Beispiel 3:
Es wird ein Beladungszustand im Garraum von 0 % ermittelt. Zudem wird eine Garraumtemperatur von 220 °C erfasst. Die erfasste Garraumtemperatur und der ermittelte Beladungszustand werden ausgewertet und eine maximal zulässige Mikrowellenleistung von 60 % der Nennleistung der Mikrowellenquelle bestimmt. Abschließend wird die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung von 60 % begrenzt.
Es wird wieder deutlich, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren von einem aus dem Stand der Technik bekannten Leerlaufschutz unterscheidet, da trotz leerem Garraum (Beladungszustand von 0 %) eine Mikrowellenleistung ermöglicht wird.
Aufgrund der nunmehr hohen Garraumtemperatur im Vergleich zu den vorherigen Beispielen, insbesondere einer Garraumtemperatur oberhalb von 180°C, ist jedoch eine Reduktion der Mikrowellenleistung notwendig, um den sicheren Betrieb des Gargeräts zu gewährleisten, bei dem die Komponenten nicht beschädigt werden.
Beispiel 4:
Es wird ein Beladungszustand im Garraum von 0 % ermittelt. Zudem wird eine Garraumtemperatur von 280 °C erfasst. Die erfasste Garraumtemperatur und der ermittelte Beladungszustand werden ausgewertet und eine maximal zulässige Mikrowellenleistung von 0 % der Nennleistung der Mikrowellenquelle bestimmt. Abschließend wird die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung von 0 % begrenzt.
Bei einer derart hohen Garraumtemperatur und einem leeren Garraum ist ein zusätzlicher Energieeintrag mittels Mikrowellen nicht mehr möglich, weswegen der Mikrowellenbetrieb unterbunden wird. Wie die Beispiele 1 bis 3 verdeutlichen, hängt dies bei einem leeren Garraum aber unter anderem von der Garraumtemperatur ab, da für eine Garraumtemperatur unterhalb von 280°C ein Mikrowellenbetrieb möglich gewesen ist, wenn auch mit eventuell reduzierter Mikrowellenleistung bei einer Garraumtemperatur von 220°C, wie dies im Beispiel 3 gezeigt worden war.
Beispiel 5:
Es wird ein Beladungszustand im Garraum von 75 % ermittelt. Zudem wird eine Garraumtemperatur von 220 °C erfasst. Die erfasste Garraumtemperatur und der ermittelte Beladungszustand werden ausgewertet und eine maximal zulässige Mikrowellenleistung von 100 % der Nennleistung der Mikrowellenquelle bestimmt. Abschließend wird die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung von 100 % begrenzt.
Aufgrund der nunmehr vorhandenen Beladung von 75 % ist ein Mikrowellenbetrieb mit voller Leistung möglich, also mit der Nennleistung, was gemäß Beispiel 3 bei einem leeren Garraum und derselben Garraumtemperatur eben nicht möglich war. Insofern hängt die maximal zur Verfügung stehende Mikrowellenleistung auch vom Beladungszustand ab, wie ein Vergleich der Beispiele 3 und 5 verdeutlicht.
Beispiel 5:
Es wird ein Beladungszustand im Garraum von 75 % ermittelt. Zudem wird eine Garraumtemperatur von 280 °C erfasst. Die erfasste Garraumtemperatur und der ermittelte Beladungszustand werden ausgewertet und eine maximal zulässige Mikrowellenleistung von 80 % der Nennleistung der Mikrowellenquelle bestimmt. Abschließend wird die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung von 80 % begrenzt.
Aufgrund der nunmehr vorhandenen Beladung von 75 % ist ein Mikrowellenbetrieb möglich, was gemäß Beispiel 4 bei einem leeren Garraum und derselben Garraumtemperatur nicht möglich war. Auch dies verdeutlich wieder, dass die maximal zur Verfügung stehende Mikrowellenleistung vom Beladungszustand abhängt.
Beispiel 6:
Es wird ein Beladungszustand im Garraum von 75 % ermittelt. Zudem wird eine Garraumtemperatur von 300 °C erfasst. Die erfasste Garraumtemperatur und der ermittelte Beladungszustand werden ausgewertet und eine maximal zulässige Mikrowellenleistung von 60 % der Nennleistung der Mikrowellenquelle bestimmt. Abschließend wird die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung von 60 % begrenzt.
Ein Vergleich von Beispiel 6 mit Beispiel 3 verdeutlicht, dass die gleiche Mikrowellenleistung genutzt werden kann, obwohl unterschiedliche Garraumtemperaturen vorliegen, nämlich 300 °C (Beispiel 6) gegenüber 220 °C (Beispiel 3), was auf die unterschiedlichen Beladungszustände zurückzuführen ist, nämlich 75 % (Beispiel 6) gegenüber 0 % (Beispiel 3).
Beispiel 7
Der Beladungszustand wird mittels der dielektrischen Last des Garraums ermittelt, also beispielsweise über Messen der Streuparameter (S-Parameter). Ein Leistungsfluss der Mikrowellenleistung in einzelne Komponenten des Gargeräts wird über ein Modell zum Energieeintrag ins Gargut berechnet. Basierend auf der aktuellen Garraumtemperatur wird eine maximal zulässige Erwärmungsrate der Komponente(n) bestimmt, beispielsweise 2 K/s. Anschließend wird eine Energiebilanz der Komponente(n) geregelt, sodass die maximale Erwärmungsrate nicht überschritten wird. Grundsätzlich lässt sich so die Temperatur der Komponente(n) des Gargeräts abschätzen.
Hat die abgeschätzte Temperatur den Grenz- bzw. Schwellenwert für die Komponente(n) erreicht, so wird die maximal zulässige Erwärmungsrate auf 0 K/s oder ggf. auch etwas geringer gesetzt, also auf einen negativen Wert. Aus dem Garraumklima und der Vergangenheit, also beispielsweise der MikrowellenEintrag in der Vergangenheit und weitere Werte, kann dann der zum jeweiligen Zeitpunkt maximal zulässige Mikrowellen-Energieeintrag ermittelt werden, also die maximal zulässige Mikrowellenleistung, worauf die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle entsprechend begrenzt wird. Mit anderen Worten wird die Mikrowellenleistung auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung begrenzt, um so den (zusätzlichen) Energieeintrag durch die Mikrowellen entsprechend zu reduzieren, sodass die die abgeschätzte Temperatur den Grenz- bzw. Schwellenwert für die entsprechende Komponente nicht überschreitet.
Die Temperaturen können periodisch aktualisiert werden, z.B. sekündlich. Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gargeräts,
- 2 die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum sicheren Betrieb des Gargeräts aus 1, und
- 3 eine beispielhafte Übersicht, wie die maximal zulässige Mikrowellenleistung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ermittelt wird.

1 zeigt ein Gargerät 10 zum Garen von Gargut 12, das auf einem Gestell 14 in einem Garraum 16 des Gargeräts 10 eingebracht worden ist, um dort gegart zu werden. Das Gestell 14 weist mehrere Ebenen auf, die auch als Einschübe bezeichnet werden können, wobei auf mindestens einer der mehreren Ebenen ein Gargut 12 vorgesehen sein kann.
Ferner ist dem Garraum 16 eine Garraumtür 18 zugeordnet, die den Garraum 16 gegenüber der Umgebung verschließt, sodass innerhalb des Garraums 16 ein definiertes Garraumklima zum Garen des Garguts 12 erzeugt werden kann. Die Garraumtür 18 weist zudem ein Sichtfenster 19 auf, das in die Garraumtür 18 eingelassen ist und dazu dient, von außen einen freien Blick auf das Gargut 12 während des Garvorgangs zu gewährleisten. Bei dem Sichtfenster 19 handelt es sich insbesondere um eine Glasscheibe.
Von dem Garraum 16 getrennt ist ein Technikraum 20 vorgesehen, in dem unter anderem die Komponenten zumindest teilweise untergebracht sind, die zum Erzeugen und Einstellen des Garraumklimas, also einer Garraumatmosphäre, im Garraum 16 notwendig sind bzw. die Energie zum Garen des Garguts 12 bereitstellen.
Die im Garraum 16 erzeugte Garraumatmosphäre bzw. das Garraumklima ist unter anderem definiert als eine bestimmte Temperatur in Kombination mit einer bestimmten Feuchtigkeit. Zusätzlich kann noch eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder ein Druck vorgesehen sein, sofern ein Lüfter vorgesehen und betrieben wird bzw. im Falle eines Druckgarverfahrens.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst das Gargerät 10 eine Heizvorrichtung 22, einen Dampfgenerator 24 sowie eine Mikrowellenquelle 26. Der Dampfgenerator 24 und die Heizvorrichtung 22 sind zumindest teilweise im Technikraum 20 untergebracht und dienen dazu, die definierte Garraumatmosphäre im Garraum 16 bereitzustellen und die Garraumtemperatur und Feuchtigkeit einzustellen.
Die Mikrowellenquelle 26 weist wenigstens eine Antenne 28 auf, die dem Garraum 16 zugewandt ist, um von der Mikrowellenquelle 26 erzeugte Mikrowellen in den Garraum 16 einzuleiten und so das Gargut 12 mit (zusätzlicher) Energie zu beaufschlagen.
Das Gargerät 10 hat wenigstens einen Temperatursensor 29, der eingerichtet ist, die Garraumtemperatur im Garraum 16 zu messen. Dieser Temperatursensor 29 kann auch als Garraumsensor bezeichnet werden.
Zudem umfasst das Gargerät 10 zumindest einen Klimasensor 30, der beispielsweise als Feuchtesensor und/oder Temperatursensor ausgebildet sein kann, wobei der Klimasensor 30 einen Garraumklima-Wert im Garraum 16 erfasst, also die Temperatur im Garraum 16 und/oder die Feuchte im Garraum 16. Insofern kann es sich bei dem Klimasensor 30 auch um den speziellen Temperatursensor handeln.
Darüber hinaus umfasst das Gargerät 10 wenigstens einen ersten Temperatursensor 32, der beispielsweise in einem Kerntemperaturfühler 33 angeordnet sein kann. Der erste Temperatursensor 32 kann verwendet werden, um die Temperatur einer im Kerntemperaturfühler 33 vorgesehenen Mikrowellenfalle zu ermitteln, um hierüber einen Beladungszustand automatisch zu ermitteln, wie nachfolgend noch erläutert wird.
Sofern der Kerntemperaturfühler 33 nicht in das Gargut 12 eingesteckt ist, könnte der erste Temperatursensor 32, welcher im Kerntemperaturfühler 33 integriert ist, auch dazu verwendet werden, eine im Garraum vorliegende Garraumtemperatur zu erfassen, insbesondere hilfsweise wenn der Temperatursensor 29 ausfällt.
Neben dem ersten Temperatursensor 32 kann ein zweiter Temperatursensor 34 vorgesehen sein, der dazu eingerichtet ist, den Beladungszustand automatisch zu ermitteln, insbesondere falls der erste Temperatursensor 32 einem Defekt oder einer Störung unterliegt. Der zweite Temperatursensor 34 ist vorzugsweise mindestens teilweise in eine Garraumwand 35 eingelassen oder an der Garraumwand 35 vorgesehen. Insofern ist der zweite Temperatursensor 34 der Garraumwand 35 zugeordnet.
Beispielsweise ist der zweite Temperatursensor 34 an einem Mikrowellenabsorber vorgesehen, sodass eine Erwärmung des Mikrowellenabsorbers erfasst werden kann.
Über die vom ersten Temperatursensor 32 und/oder die vom zweiten Temperatursensor 34 erfasste Temperatur(en), insbesondere der(en) Veränderung(en), kann zusammen mit einem vom Klimasensor 30 erfassten Garraumklima-Wert der Beladungszustand automatisch ermittelt werden, wie nachfolgend noch erläutert wird.
Auch könnte der zweite Temperatursensor 32 grundsätzlich dazu genutzt werden, die Garraumtemperatur im Garraum 16 zu erfassen, insbesondere hilfsweise wenn der Temperatursensor 29 ausfällt.
Des Weiteren weist das Gargerät 10 eine Benutzerschnittstelle 36 für die Interaktion mit einem Benutzer auf. Dazu ist die Benutzerschnittstelle 36 an Gerätevorderseite 37 des Gargeräts 10 vorgesehen, die auch als Gerätefront bezeichnet wird. Über die Benutzerschnittstelle 36 kann manuell der Beladungszustand des Gargeräts 10 eingegeben werden. Hierfür ist ein Eingabebildschirm 38 vorgesehen, über den der Beladungszustand manuell eingegeben werden kann. Der Eingabebildschirm 38 kann vorzugsweise als ein berührungsempfindlicher Bildschirm ausgeführt sein. Allerdings ist es auch denkbar, dass die Benutzerschnittstelle 36 mindestens einen Drehknopfschalter 40 oder ein anderes Bedienelement aufweist, mit dem der Beladungszustand eingegeben werden kann.
Ferner weist das Gargerät 10 eine im Technikraum 20 angeordnete Auswerteeinheit 42 auf, die mit den oben genannten Komponenten signalübertragend in Verbindung steht, also den Sensoren 29, 30, 32, 34 sowie der Heizvorrichtung 22, dem Dampfgenerator 24 und der Mikrowellenquelle 26. Insofern ist die Auswerteeinheit 42 dazu eingerichtet, Information von den oben genannten Komponenten zu erhalten und diese auszuwerten.
Die Auswerteeinheit 42 ist signalübertragend mit einer Steuerung 44 verbunden. Allerdings ist es auch denkbar, dass die Auswerteeinheit 42 und die Steuerung 44 als eine gemeinsame kombinierte Einheit ausgeführt sind, nämlich eine Steuer- und Auswerteeinheit.
Die Steuerung 44 ist zudem mit der Mikrowellenquelle 26 signalübertragend verbunden und dazu eingerichtet, diese auf eine maximal zulässige Mikrowellenleistung zu begrenzen. Ebenso ist die Steuerung 44 mit der Heizvorrichtung 22 und dem Dampfgenerator 24 verbunden, um diese anzusteuern, was aus Gründen der besseren Übersicht hier nicht gezeigt ist.
Das Gargerät 10 ist dazu eingerichtet, das nachfolgend erläuterte erfindungsgemäße Verfahren zum sicheren Betrieb eines Gargeräts 10 auszuführen.
In einem ersten Schritt wird der Beladungszustand des Gargeräts 10 ermittelt (Schritt S1). Das Ermitteln des Beladungszustands des Gargeräts 10 kann auf verschiedene Weisen durchgeführt werden. Zum einen kann über die Benutzerschnittstelle 36 der Beladungszustand des Gargeräts 10 manuell eingegeben werden. Beispielsweise schätzt ein Benutzer den Beladungszustand im Garraum 16 ab. Beispielsweise nimmt der Benutzer an, der Beladungszustand des Garraums 16 betrage 30%.
Zum anderen kann der Beladungszustand des Gargeräts 10 auf Basis mindestens eines Garraumklima-Werts und dem Gradienten einer Temperaturveränderung ermittelt werden. Der Garraumklima-Wert kann im Garraum 16 durch den Klimasensor 30 oder den Temperatursensor 29 erfasst werden. Der entsprechende Sensor kann dazu eine Garraumtemperatur oder eine Garraumfeuchtigkeit erfassen.
Die der Temperaturveränderung zugrundeliegende Temperatur kann vom ersten Temperatursensor 32 und/oder dem zweiten Temperatursensor 34 erfasst worden sein. Die entsprechende Veränderung der erfassten Temperatur wird dann von der Auswerteeinheit 42 ausgewertet, um den Gradienten dieser Temperaturveränderung zu ermitteln, die zusammen mit dem Garraumklima-Wert ausgewertet wird, um den Beladungszustand automatisch zu ermitteln. Dies ist unter anderem in der DE 10 2021 120 310 A1 beschrieben.
Die Auswerteeinheit 42 kann hierzu den ermittelten Gradienten der Temperaturveränderung gemeinsam mit dem Garraumklima-Wert auswerten, um hierüber die Last im Garraum 16 des Gargeräts 10 abzuschätzen. Es erfolgt also eine Sensordatenfusion, da die Sensordaten zweier unterschiedlicher Sensoren gemeinsam ausgewertet werden, nämlich die des Klimasensors 30 und/oder des Temperatursensors 29 sowie die des ersten Temperatursensors 32 und/oder des zweiten Temperatursensors 34.
Die Sensordatenfusion ist notwendig, um falsche Abschätzungen bzgl. der eingebrachten Last zu vermeiden, also der Beschickung bzw. de Beladungszustands, welche auftreten können, wenn nur auf die Temperatur im Garraum 16 abgestellt werden würde.
Das eigentliche Ermitteln des Beladungszustands des Gargeräts 10 erfolgt also durch die Auswerteeinheit 42. Diese empfängt die von dem Klimasensor 30 erfassten Garraumklima-Wert und berechnet unter anderem auf Grundlage dessen einen Beladungszustand des Gargeräts 10. Dabei kann die Auswerteeinheit 42 auf verschiedene Verfahren zurückgreifen. Beispielsweise wertet die Auswerteeinheit 42 einen Gradienten einer Temperaturveränderung gemeinsam mit einem Garraumklima-Wert aus, um den Beladungszustand abzuschätzen, wie zuvor erläutert.
Darüber hinaus kann die Auswerteeinheit 42 den über die Benutzerschnittstelle 36 eingegebenen Beladungszustand einfach verarbeiten.
Im nächsten Schritt wird die im Garraum 16 vorliegende Garraumtemperatur erfasst (Schritt S2). Hierzu misst der Temperatursensor 29 die im Garraum 16 vorliegende Garraumtemperatur.
Als Nächstes erfolgt ein Auswerten der erfassten Garraumtemperatur und des ermittelten Beladungszustands durch die Auswerteeinheit 42, um eine maximal zulässige Mikrowellenleistung zu bestimmen (Schritt S3). Beim Auswerten berücksichtigt die Auswerteeinheit 42 einen maximal zulässigen Energieeintrag in zumindest eine Komponente des Gargeräts 10 und/oder eine maximal zulässige Temperatur zumindest einer Komponente des Gargeräts 10.
Die maximal zulässige Mikrowellenleistung ist derart bestimmt, dass beim Betrieb der Mikrowellenquelle 26 mit der maximal zulässigen Mikrowellenleistung der maximal zulässige Energieeintrag in die Komponente des Gargeräts 10 und/oder die maximal zulässige Temperatur der Komponente des Gargeräts 10 nicht überschritten werden bzw. wird.
Bei der entsprechenden Komponente handelt es sich beispielsweise um das Sichtfenster 19 oder den Kerntemperaturfühler 33.
Grundsätzlich können mehrere Komponenten berücksichtigt werden, wenn die maximal zulässige Mikrowellenleistung für das gesamte Gargerät 10 bestimmt wird, wobei jede Komponente eine eigene individuelle maximal zulässige Mikrowellenleistung hat. Diejenige Komponente, welche die niedrigste individuelle maximal zulässige Mikrowellenleistung aufweist, gibt dann beispielsweise die maximal zulässige Mikrowellenleistung für das gesamte Gargerät 10 vor, um sicherzustellen, dass keine Komponente des Gargeräts 10 beschädigt wird.
Insbesondere verwendet die Auswerteeinheit 42 für die jeweilige Komponente des Gargeräts 10 ein Modell, einen funktionalen Zusammenhang oder eine Tabelle. Das Modell, der funktionale Zusammenhang oder die Tabelle ist insbesondere auf Grundlage von Daten ermittelt worden, die im Vorfeld empirisch an einer Komponente des Gargeräts 10 ermittelt worden sind. Mit diesen Daten kann das Modell, der funktionale Zusammenhang oder die Tabelle dann die maximal zulässige Mikrowellenleistung in Abhängigkeit des aktuellen ermittelten Beladungszustands und der aktuell erfassten Garraumtemperatur bestimmt werden. Mit anderen Worten dienen die Garraumtemperatur und der Beladungszustand als Input-Werte, welche die Auswerteeinheit 42 verwendet, um mit Hilfe eines Algorithmus oder einer Logik die maximal zulässige Mikrowellenleistung zu bestimmen.
Zusätzlich kann die Auswerteeinheit 42 noch einen weiteren Garraumklima-Wert, einen Lastregel-Wert, einen Heizleistungs-Wert und/oder ein Gradient einer Temperaturveränderung heranziehen, insbesondere ein Verhältnis aus dem Gradienten der Garraumtemperatur und der eingebrachten Heizleistung (ohne Mikrowelleneintrag).
Mit Hilfe der hier genannten Werte kann die maximal zulässige Mikrowellenleistung noch genauer bestimmt werden. Beispielhaft ist dies in 3 gezeigt.
Wenn die Auswerteeinheit 42 die maximal zulässige Mikrowellenleistung bestimmt hat, so wird diese anschließend an die Steuerung 44 gesendet.
Die Steuerung 44 begrenzt daraufhin die Mikrowellenquelle 26 auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung (Schritt S4). Hierbei kann die Mikrowellenquelle 26 entweder entsprechend angesteuert bzw. geregelt werden oder es wird ein Dämpfungselement zugeschaltet, welches die Mikrowellenleistung begrenzt. Die Mikrowellenquelle 26 wird dann mit der maximal zulässigen Mikrowellenleistung betrieben. Die maximal zulässige Mikrowellenleistung ist dabei größer 0% und kleiner oder gleich 100% der Nennleistung der Mikrowellenquelle 26.
Das hier beschriebene Verfahren kann sowohl beim Start eines Garvorgangs als auch in regelmäßigen Zeitintervallen während des Garvorgangs durchgeführt werden.
Sofern die Mikrowellenquelle 26 als Halbleiter-Mikrowellenquelle ausgebildet ist, kann der Beladungszustand des Gargeräts 10 zudem über die dielektrische Last Q des Garraums 16 ermittelt werden, also die Beladung aus elektromagnetischer Sicht, was auch als „Mikrowellenbeladung“ bezeichnet werden kann. Insofern stellt die dielektrische Last Q des Garraums 16 ein Maß für eine dielektrische Last im Garraum 16 dar, welche sowohl Gargut als auch Komponenten 19 im Garraum 16 umfasst, da sowohl das Gargut als auch die Komponenten 19 Mikrowellenstrahlung absorbieren und somit eine dielektrische Last darstellen.
Der Mikrowelleneintrag in ein Lebensmittel bzw. das Gargut kann über die Formel P_GG = (1- Q_beladen/Q_leer)*P_wirk ermittelt werden. Insofern kann der Mikrowelleneintrag in alle Komponenten 19 des Garraums 16 über die Formel P_Komponenten = Q_beladen/Q_leer * P_wirk. ermittelt werden. Ausgehend hiervon kann das jeweilige Teilungsverhältnis für den Mikrowelleneintrag in die jeweiligen Komponenten 19 mit Simulationen und/oder empirisch ermittelt werden, also über zuvor durchgeführte Messungen.
Ferner kann eine Energiebilanz für die jeweiligen Komponenten 19 vorgesehen sein, beispielsweise als ein Modell, sodass eine Temperatur der entsprechenden Komponente 19 mittels der Energiebilanz aufgrund des individuellen (zusätzlichen) Mikrowelleneintrags ermittelt bzw. abgeschätzt werden kann.
Um die jeweilige Temperatur der Komponente 19 abzuschätzen, wird zudem die Garraumtemperatur im Garraum 16 erfasst.
Die abgeschätzte Temperatur der Komponente 19 kann dann mit einem Schwellen- bzw. Grenzwert für die Komponente 19 verglichen werden, der nicht überschritten werden darf. Sollte dies der Fall sein, so wird die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle begrenzt, um sicherzustellen, dass der zusätzliche Energieeintrag in die jeweilige Komponente 19 nicht dazu führt, dass der Schwellen- bzw. Grenzwert für die Temperatur der Komponente 19 überschritten wird.
Insofern wird die erfasste Garraumtemperatur als auch der ermittelte Beladungszustand, also die dielektrische Last Q des Garraums 16, ausgewertet, um eine maximal zulässige Mikrowellenleistung zu bestimmen, sodass die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle 26 auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung begrenzt wird, um zu gewährleisten, dass der Schwellen- bzw. Grenzwert für die Temperatur der Komponente 19 nicht überschritten wird.
Es kann auch vorgesehen sein, dass bei Erreichen des Grenz- bzw. Schwellenwerts eine maximal zulässige Erwärmungsrate der Komponente 19 auf 0 K/s oder ggf. auch etwas geringer gesetzt wird, also auf einen negativen Wert. Dies wird, wie bereits beschrieben, dadurch erreicht, dass die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle 26 auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung begrenzt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004015993 A1 [0005]
DE 102021131619 A1 [0021]
DE 102021120310 A1 [0112]

Claims

Verfahren zum sicheren Betrieb eines Gargeräts (10), das einen Garraum (16) und eine Mikrowellenquelle (26) mit einer Mikrowellenleistung aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Ermitteln eines Beladungszustands des Gargeräts (10), - Erfassen einer im Garraum (16) vorliegenden Garraumtemperatur, - Auswerten der erfassten Garraumtemperatur und des ermittelten Beladungszustands, um eine maximal zulässige Mikrowellenleistung zu bestimmen, und - Begrenzen der Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle (26) auf die maximal zulässige Mikrowellenleistung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Auswerten ein maximal zulässiger Energieeintrag in eine Komponente (19) des Gargeräts (10) und/oder eine maximal zulässige Temperatur einer Komponente (19) des Gargeräts (10) berücksichtigt wird, und wobei die maximal zulässige Mikrowellenleistung derart bestimmt ist, dass beim Betrieb der Mikrowellenquelle (26) mit der maximal zulässigen Mikrowellenleistung der maximal zulässige Energieeintrag in die Komponente (19) des Gargeräts und/oder die maximal zulässige Temperatur der Komponente (19) des Gargeräts nicht überschritten werden bzw. wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei für die Komponente des Gargeräts (10) ein Modell, ein funktionaler Zusammenhang oder eine Tabelle, insbesondere empirisch, ermittelt worden ist, worauf basierend die maximal zulässige Mikrowellenleistung in Abhängigkeit des Beladungszustands und der Garraumtemperatur und/oder in Abhängigkeit einer Energiebilanz bestimmbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Beladungszustand durch eine Eingabe eines Benutzers vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Ermitteln des Beladungszustands zumindest ein Garraumklima-Wert im Garraum (16) erfasst wird und/oder eine dielektrische Last des Garraums (16) zunächst bestimmt wird, basierend auf der der Beladungszustand ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Beladungszustand mittels der folgenden Schritte automatisch ermittelt wird: - Erfassen eines Gradienten einer Temperaturveränderung, und - gemeinsames Auswerten des zumindest einen Garraumklima-Werts und des Gradienten der Temperaturveränderung, um den Beladungszustand abzuschätzen.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Garraumklima-Wert und/oder eine der Temperaturveränderung zugrundeliegende Temperatur mittels eines ersten Sensors (32) erfasst werden bzw. wird, der in einem Kerntemperaturfühler angeordnet ist, insbesondere wobei ein zweiter Sensor (34) vorgesehen ist, der die der Temperaturveränderung zugrundeliegende Temperatur und/oder den Garraumklima-Wert zusätzlich zum ersten Sensor (32) erfasst, wobei der zweite Sensor (34) außerhalb des Kerntemperaturfühlers im Gargerät (10) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrowellenquelle (26) mit der maximal zulässigen Mikrowellenleistung betrieben wird, sodass von der Mikrowellenquelle (26) erzeugte Mikrowellen in den Garraum (16) eingespeist werden und/oder wobei die maximal zulässige Mikrowellenleistung größer 0% und kleiner oder gleich 100% der Nennleistung der Mikrowellenquelle (26) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Bestimmen der maximal zulässigen Mikrowellenleistung zusätzlich ein weiterer Garraumklima-Wert, ein Lastregelwert, ein Heizleistungswert und/oder ein Gradient einer Temperaturveränderung verwendet wird.
Gargerät (10) zum Garen von Gargut (12), wobei das Gargerät (10) einen Garraum (16), eine dem Garraum (16) zugeordnete Mikrowellenquelle (26) zum Einspeisen von Mikrowellen mit einer bestimmten Mikrowellenleistung in den Garraum (16), wenigstens einen Temperatursensor (32) zum Erfassen einer Garraumtemperatur umfasst, wobei das Gargerät (10) zudem eine Auswerteeinheit (42) aufweist, die mit dem wenigstens einen Temperatursensor (32) signalübertragend verbunden ist, und wobei die Auswerteeinheit (42) eingerichtet ist, eine maximal zulässige Mikrowellenleistung für die Mikrowellenquelle (26) basierend auf der vom Temperatursensor (32) erfassten Garraumtemperatur und einem ermittelten Beladungszustand des Gargeräts (10) zu bestimmen, und wobei das Gargerät (10) eine Steuerung (44) aufweist, die mit der Auswerteeinheit (42) und der Mikrowellenquelle (26) signalübertragend verbunden ist, wobei die Steuerung (44) eingerichtet ist, die von der Auswerteeinheit (42) bestimmte maximal zulässige Mikrowellenleistung zu empfangen und auf Basis dessen die Mikrowellenleistung der Mikrowellenquelle (26) zu begrenzen.
Gargerät (10) nach Anspruch 10, wobei das Gargerät (10) zudem wenigstens einen Klimasensor (30) zum Feststellen eines Garraumklima-Werts im Garraum (16) aufweist, wobei die Auswerteeinheit (42) zudem mit dem wenigstens einen Klimasensor (30) signalübertragend verbunden ist, und wobei die Auswerteeinheit (42) eingerichtet ist, unter anderem anhand des vom Klimasensor (30) erfassten Garraumklima-Werts den Beladungszustand im Garraum (16) festzustellen.