EP4005344A1

EP4005344A1 - Betreiben eines mikrowellen-haushaltsgeräts abhängig von einer mikrowellengenerator-temperatur

Info

Publication number: EP4005344A1
Application number: EP20740610.9A
Authority: EP
Inventors: Sebastian Sterz; Markus Kuchler; Kerstin RIGORTH
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2022-06-01
Anticipated expiration: 2040-07-14
Also published as: CN114128402B; WO2021013634A1; EP4005344B1; US12452968B2; DE102019211065A1; CN114128402A; US20220264708A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Mikrowellen-Haushaltsgeräts (1) wird ein Mikrowellen-Behandlungsbetrieb abhängig von einer Temperatur (Tm) eines Mikrowellengenerators (5) gesteuert. Ein Mikrowellenhaushaltsgerät (1) weist einen Garraum (2), einen Mikrowellengenerator (5), eine Temperaturbestimmungsvorrichtung (9) zum Bestimmen einer Temperatur (Tm) des Mikrowellengenerators (5), mindestens eine Mikrowellenverteilungseinrichtung (7, 8) und eine Steuereinrichtung (10) auf, wobei die Steuereinrichtung (10) dazu eingerichtet ist, das Verfahren durchzuführen. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf eigenständige Mikrowellengeräte oder Kombinationsgeräte Öfen, insbesondere Backöfen, mit Mikrowellenfunktionalität oder Mikrowellengeräte mit zusätzlichen Wärmeheizstrahlern.

Description

Betreiben eines Mikrowellen-Haushaltsgeräts abhängig von einer Mikrowellengenerator-Temperatur

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Mikrowellen-Haushaltsgeräts abhängig von einer Temperatur eines Mikrowellengenerators. Die Erfindung betrifft auch ein Mikrowellenhaushaltsgerät, aufweisend einen Garraum, einen Mikrowellengenerator, eine Temperaturbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen einer Temperatur des Mikro wellengenerators, mindestens eine Mikrowellenverteilungseinrichtung und eine Steuerein richtung, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf eigenständige Mikrowellengeräte oder Kombinationsgeräte Öfen, insbe sondere Backöfen, mit Mikrowellenfunktionalität oder Mikrowellengeräte mit zusätzlichen Wärmeheizstrahlern.

Es ist bisher bekannt, eine Magnetrontemperatur zu messen, um einen Leerlauf des Gargeräts oder eine Fehlfunktion der Magnetronkühlung festzustellen und eine sich dadurch ergebende Überhitzung des Magnetrons zu vermeiden. Das Magnetron wird ab geschaltet, wenn ein vorgegebener Temperaturschwellwert erreicht wird.

So offenbart GB 2321764 A einen Temperatursensor, der an einem Träger aus wärmelei tendem Material befestigt ist, der abnehmbar an einer Kühlrippe eines Magnetrons eines Mikrowellenofens angebracht ist, um eine Temperatur zu messen, die für die Temperatur eines Anodenblocks des Magnetrons repräsentativ ist. Wenn diese Temperatur auf zu hohe Werte ansteigt, was auf abnormale Bedingungen wie einer fehlenden Last (Leerlauf) oder eine Fehlfunktion der Kühlung hinweist, wird die Stromversorgung des Magnetrons unterbrochen.

In EP 2 993 961 A1 wird eine Leerlauferkennung beschrieben, die ebenfalls auf der Mes sung der Magnetrontemperatur basiert. Der Leerlauf wird anhand der Steigung der Tem peraturkurve oder dem Erreichen einer Maximaltemperatur erkannt, und als Folge wird die Heizleistung reduziert oder vollständig abgeschaltet. EP 2 378 204 A1 und

EP 1 594 345 A1 beschäftigen sich ebenfalls mit der Messung der Magnetrontemperatur, um einen Leerlauf des Gargeräts zu vermeiden. DE 10 2016 117 922 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetrons für ein Gargerät, das eine Kathode aufweist. Die Leistungszufuhr, insbesondere die Hochspan nungsversorgung, des Magnetrons wird in Abhängigkeit eines Sicherheitszustands ge steuert bzw. geregelt. Ferner sind eine Mikrowellenquelle und ein Gargerät beschrieben.

DE 10 2004 015 993 A1 offenbart ein Mikrowellengerät oder ein Kombinationsgerät mit Mikrowellenbetrieb. Dieses Gerät umfasst a) mindestens einen Garraum für Gargut, b) mindestens eine Einrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen, c) einen oder mehrere Temperatursensoren, insbesondere zur Erfassung der Garraumtemperatur und/oder zur Erfassung der Temperatur der Einrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen, wobei jeder der Temperatursensoren ein Messsignal erzeugt, und d) mindestens eine Auswerteein richtung, mit der anhand der zeitlichen Entwicklung des Messsignals mindestens eines der Temperatursensoren bei Mikrowellenbetrieb der Beladungszustand des Garraums, insbesondere ein Leerlaufbetrieb des Mikrowellengeräts, ermittelbar ist. Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb eines Mikrowellengeräts angegeben, bei dem die zeitliche Ent wicklung der Messsignale mindestens eines der Temperatursensoren bei Mikrowellenbe trieb zur Ermittlung des Beladungszustandes des Garraums, insbesondere zur Ermittlung eines Leerlaufbetriebs des Mikrowellengeräts, herangezogen wird.

EP 2 194 758 B1 offenbart eine Zustandserfassungs-Vorrichtung zum Erfassen eines Betriebszustandes einer Hochfrequenz-Erwärmungsvorrichtung, die ein Magnetron zum Erzeugen von Mikrowellen enthält, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Abschnitt zum Bestimmen einer Bewegungsposition, mit dem eine Bewegungsposition eines Funkwel- len-Rührelementes bestimmt wird, das periodisch arbeitet, um die durch das Magnetron erzeugten Mikrowellen relativ in Bezug auf ein erwärmtes Objekt zu verrühren; einen Anodenstrom-Eingabeabschnitt, mit dem ein erfasster Anodenstrom des Magnetrons ein gegeben wird; und einen Bestimmungsabschnitt, mit dem eine Periode einer periodischen Bewegung des Funkwellen-Rührelementes anhand von Informationen, der mit dem Ab schnitt zum Bestimmen einer Bewegungsposition bestimmten Bewegungsposition be stimmt wird, dann ein entsprechender Wert, der dem über den Anoden

strom-Eingabeabschnitt eingegebenen Anodenstrom entspricht, mehrmals während der einen Periode gelesen wird und der Betriebszustand der Hochfrequenz- Erwärmungsvorrichtung auf Basis einer Vielzahl der entsprechenden Werte während der einen Periode bestimmt wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit zum Betreiben eines Mikrowellen-Haushaltsgeräts abhängig von einer Temperatur eines Mik rowellengenerators bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteil hafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Mikrowellen- Haushaltsgeräts, bei dem ein Mikrowellen-Behandlungsbetrieb abhängig von einer Tem peratur eines Mikrowellengenerators gesteuert wird.

Dieses Verfahren ergibt den Vorteil, dass die Temperatur des Mikrowellengenerators nun im Gegensatz zum Stand der Technik dazu genutzt wird, einen Mikrowellen- Behandlungsbetrieb als solchen zu steuern, beispielsweise um ein verbessertes Garer gebnis zu erhalten, um eine Behandlungsdauer zu verringern und/oder um eine Energie ersparnis zu erlangen. In anderen Worten ist das Verfahren nicht dazu gedacht, anhand der Temperatur des Mikrowellengenerators für den Betrieb des Mikrowellengenerators kritische Zustände wie einen Leerlauf oder ein Versagen einer Kühlung zu erkennen, um dann Gegenmaßnehmen treffen zu können. Vielmehr ist das Verfahren dazu gedacht, einen ordnungsgemäß laufenden (nicht durch kritische Zustände des Mikrowellengenera tors beeinflussten) Mikrowellen-Behandlungsbetrieb von Gut verbessert anzusteuern. In dem ordnungsgemäß laufenden Mikrowellen-Behandlungsbetrieb befindet sich insbeson dere Gut bzw. eine mikrowellenabsorbierende Last in dem Garraum. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich eine solche Steuerung mit technisch einfach implementierbaren und preis werten Mitteln umsetzen lässt.

Dieses Verfahren nutzt aus, dass bei der Einkopplung von Mikrowellen in den Garraum ein bestimmter Anteil davon wieder zurück zu dem Mikrowellengenerator reflektiert wird und dadurch zu einer Erhöhung einer Temperatur des Mikrowellengenerators führt. Typi- scherweise ist die Temperaturerhöhung umso größer, je größer die Leistung der rückre flektierten Mikrowellen ist. Während eines typischen Mikrowellen-Behandlungsbetriebs werden die Feldverteilungen in dem Garraum häufig gezielt verändert, um statische Hot spots zu vermeiden. Auch ist es bekannt, einen Mikrowellen-Behandlungsbetrieb so zu steuern, dass eine besonders hohe Mikrowellenabsorption in dem Garraum / geringe Re flexion zu dem Mikrowellengenerator auftritt, um eine hohe Effizienz zu erlangen. Durch die Bestimmung der Temperatur (z.B. gemessen als absolute Temperatur, Temperaturer höhung usw.) an dem Mikrowellengenerator kann vorliegend zumindest grob auf die rück reflektierte Mikrowellenleistung für eine oder mehrere Feldverteilungen zurückgeschlos sen werden. Dies wiederum kann dazu genutzt werden, um Feldverteilungen gezielt ein zustellen, welche eine zum Zweck der aktuellen Behandlung des in dem Garraum befind lichen Guts vorteilhafte Eigenschaft, insbesondere Absorptions-/Reflexions-Anteil, aufwei sen. Beispielsweise können für eine Energieeinbringung in das Gut ungünstige

Feldverteilungen bzw. zugehörige Betriebsparameter erkannt und für den weiteren Verlauf eines Mikrowellen-Behandlungsablaufs ausgeschlossen werden.

Noch ein Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass die Temperatur des Mikrowellengene rators eine zeitlich schnelle Steuerung des Mikrowellen-Behandlungsbetriebs ermöglicht.

Das Mikrowellen-Haushaltsgerät kann ein eigenständiges Mikrowellengerät oder ein Kombinationsgerät wie ein Ofen - insbesondere Backofen - mit Mikrowellenfunktionalität oder ein Mikrowellengerät mit zusätzlichen Wärmeheizstrahlern wie Widerstandsheizkör pern usw. sein.

Der Mikrowellengenerator kann ein Magnetron oder ein halbleiterbasierter Mikrowellenge nerator sein. Der Mikrowellengenerator kann ein invertergesteuerter Mikrowellengenerator sein. Der Mikrowellengenerator kann in einer Weiterbildung mehrere Einspeisungspunkte zur Einspeisung oder Einkopplung von Mikrowellen in den Garraum aufweisen. Insbeson dere können die an unterschiedlichen Einspeisungspunkten eingespeisten Mikrowellen eine Phasendifferenz oder einen Phasenversatz zueinander aufweisen. Dieser Phasen versatz kann in einer Weiterbildung durch das Gerät gezielt einstellbar sein.

Auch ist es möglich, dass das Mikrowellen-Haushaltsgerät mehrere Mikrowellengenerato ren aufweist, die unterschiedliche Einspeisungspunkte zur Einspeisung oder Einkopplung von Mikrowellen in den Garraum aufweisen. Insbesondere können die an unterschiedli chen Einspeisungspunkten eingespeisten Mikrowellen einen Phasenversatz zueinander aufweisen. Dieser Phasenversatz kann in einer Weiterbildung durch das Gerät gezielt einstellbar sein.

Unter einem Mikrowellen-Behandlungsbetrieb wird insbesondere ein Betriebsablauf des Mikrowellen-Haushaltsgeräts verstanden, bei dem Gut durch Beaufschlagung mit Mikro wellen behandelt wird, beispielsweise zum Garen, Sieden, Auftauen usw. Das Gut kann Gargut wie Lebensmittel, Wasser usw. sein.

Die Steuerung abhängig von der Temperatur des Mikrowellengenerators umfasst insbe sondere eine Änderung der Beaufschlagung von Mikrowellen auf das Behandlungsgut durch normale oder ordnungsgemäße Änderungen von für einen Mikrowellen- Behandlungsbetrieb vorgesehenen Einstellparametern. Eine Änderung der Beaufschla gung durch Mikrowellen aufgrund von Notmaßnahmen ist durch das vorliegende Verfah ren insbesondere nicht umfasst. Jedoch ist es nicht ausgeschlossen, auch eine Leistungs reduzierung des Mikrowellengenerators mit Erreichen eines kritischen Temperatur schwellwerts vorzusehen.

Die Steuerung des Mikrowellen-Behandlungsbetriebs abhängig von einer Temperatur des Mikrowellengenerators kann eine Steuerung abhängig von einer absoluten Temperatur, einer Temperaturdifferenz und/oder einer Temperaturänderung, usw. umfassen.

Die Temperatur des Mikrowellengenerators kann beispielsweise durch mindestens einen Temperatursensor gemessen oder über andere Messwerte abgeleitet werden. Die Tem peratur des Mikrowellengenerators kann direkt an dem Mikrowellengenerator oder indirekt an anderer Stelle gemessen werden. Beispielsweise kann ein Temperatursensor zwi schen Kühlfinnen direkt an einem Anodenblock des Mikrowellengenerators befestigt sein. Die Befestigung direkt an einem Anodenblock eines Magnetrons ist besonders vorteilhaft, da an diesem Ort die geringste thermische Trägheit des Systems vorliegt. Die Änderung der Beaufschlagung durch Mikrowellen und damit einhergehend die Änderung der Refle xionsverhältnisse kann so mit einem besonders hohen Temperaturhub und einer beson ders geringen zeitlichen Verzögerung gemessen werden. Ein Beispiel für eine indirekte Messung umfasst eine Messung einer Lufttemperatur, nachdem Kühlluft den Mikrowellengenerator überstrichen hat, z.B. eine Luftaustrittstem peratur des Geräts. Ein weiteres Beispiel für eine indirekte Messung der Temperatur des Mikrowellengenerators umfasst die Messung bzw. Bestimmung einer Differenztemperatur zwischen einem Lufteintritt und einem Luftaustritt, um vorteilhafterweise variable Vorer wärmungseffekte vorgelagerter Bauteile auszublenden.

Es ist weiterhin denkbar, die Temperatur des Mikrowellengenerators indirekt über Be triebsparameter eines zugehörigen Inverters (d.h., eines Hochspannungsschaltnetzteils zur Ansteuerung des Mikrowellengenerators) zu ermitteln, da Heizstrom, Anodenstrom sowie Anodenspannung von der Temperatur des Mikrowellengenerators abhängig sind.

Es ist eine Ausgestaltung, dass während des Mikrowellen-Behandlungsbetriebs eine Feldverteilung in einem Garraum des Mikrowellen-Haushaltsgeräts geändert wird und der Mikrowellen-Behandlungsbetrieb abhängig von einer durch die Änderung der Feldvertei lung bewirkten Temperaturänderung des Mikrowellengenerators gesteuert wird. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass Eigenschaften bestimmter Feldverteilungen anhand der Temperaturänderungen beim Übergang oder Wechsel zwischen verschiedenen Feldver teilungen feststellbar sind und für den Mikrowellen-Behandlungsbetrieb dann bestimmte, zur Erreichung eines bestimmten Zwecks oder Szenarios vorteilhafte Feldverteilungen aussuchbar oder einstellbar sind. Die Änderung der Feldverteilung erfolgt gezielt durch Änderung mindestens eines Betriebsparameters des Mikrowellen-Haushaltsgeräts. Die Feldverteilung kann auch als "Modenbild" bezeichnet werden.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Temperaturänderung an dem Mikrowellengenerator nach Änderung der Feldverteilung vergleichsweise schnell bzw. mit nur geringer zeitlicher Ver zögerung auftritt. Im Gegensatz dazu konnten bisher Auswirkungen einer Änderung der Feldverteilung nur über eine Temperaturänderung des Garguts ermittelt werden, z.B. mit tels eines Bratenthermometers oder eines Infrarotbilds. Jedoch ist die Temperaturände rung des Garguts nur mit erheblicher Verzögerung feststellbar, da Gargut eine hohe ther mische Trägheit aufweist. Im Gegensatz dazu können mit dem vorliegenden Verfahren belastbare Messergebnisse bereits nach wenigen Sekunden erlangt werden. Es ist eine Weiterbildung, dass die Änderung der Feldverteilung bei gleichbleibender Aus gangsleistung des Mikrowellengenerators erfolgt. So ergibt sich der Vorteil, dass sich die Auswirkung einer Änderung der Feldverteilung oder des Modenbilds besonders deutlich erkennen lässt. Jedoch ist es auch möglich, die Ausgangsleistung des Mikrowellengene rators abhängig von der Temperatur oder Temperaturänderung an dem Mikrowellengene rator an bestimmte Zielgrößen wie eine möglichst gleichbleibende absorbierte oder reflek tierte Mikrowellenleistung hin anzupassen.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die Feldverteilung durch Ändern eines Einstellwerts min destens eines Betriebsparameters mindestens einer die Feldverteilung ändernden Mikro wellenverteilungseinrichtung geändert wird. So lässt sich die Feldverteilung besonders zielgenau ändern.

Es ist eine Weiterbildung, dass die Mikrowellenverteilungseinrichtung mindestens einen einstellbaren Betriebsparameter aufweist, der mindestens zwei Werte ("Einstellwerte") annehmen kann. Wird der Einstellwert geändert, ändert sich in der Regel auch die Feld verteilung. Dabei kann die Änderung beim Umschalten zwischen zwei Einstellwerten groß oder auch nur gering sein. Eine Mikrowellenverteilungseinrichtung kann einen oder meh rere solche Betriebsparameter aufweisen.

Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Einstellwert aus der Gruppe der folgenden Betriebsparameter geändert wird:

- Drehwinkel einer Drehantenne;

- Höhenposition einer Drehantenne;

- Relativwinkel zwischen zwei Flügeln einer Drehantenne;

- Drehwinkel eines Modenrührers;

- Höhenposition eines Modenrührers;

- Drehwinkel eines Drehtellers;

- Mikrowellenfrequenz;

- Phasenversatz zwischen unterschiedlichen Einspeisungspunkten;

- Aktivierung oder Deaktivierung einer Einspeisung von Mikrowellen über mehrere Einspeisungspunkte;

- Veränderung einer Leistungsaufteilung zwischen mehreren Einspeisungspunkten. Eine Drehantenne wird üblicherweise dazu verwendet, Mikrowellen in den Garraum ein zukoppeln, insbesondere aus einer mit dem Mikrowellengenerator verbundenen Mikrowel lenführung. Die Drehantenne weist häufig ein oder mehrere seitlich von einer Drehachse abstehende Flügel auf und ist z.B. mittels eines Schrittmotors drehbar. Die Drehantenne weist den Drehwinkel cp als Betriebsparameter auf, der bspw. einen Wertebereich von [0°; 180°] oder, falls die Drehantenne ganz um sich drehbar ist, von [0°; 360°] aufweisen kann, z.B. in Schritten von 1 °, 5°, 10° o.ä. Eine Verstellung des Drehwinkels wird üblicherweise dazu genutzt, eine Feldverteilung in dem Garraum zu ändern, z.B. um statische Hotspots zu vermeiden.

Eine Drehantenne kann zusätzlich höhenverstellbar sein, wobei sie dann als weiteren Betriebsparameter die Höhenposition aufweist. Auch die Höhenposition kann dazu ge nutzt werden, eine Feldverteilung in dem Garraum zu ändern.

Falls die Drehantenne zwei oder mehr Flügel aufweist, können in einer Weiterbildung zu mindest zwei von ihnen um die Drehachse der Antenne relativ zueinander verstellbar sein, z.B. in Schritten von 1 °, 5°, 10° o.ä. Auch der Relativwinkel kann dazu genutzt wer den, eine Feldverteilung in dem Garraum zu ändern

Die Feldverteilung in dem Garraum kann auch dadurch geändert werden, dass ein Dreh winkel und, falls möglich, eine Höhenposition eines Modenrührers oder "Stirrers" in dem Garraum geändert werden Der Modenrührer ist primär dazu vorgesehen, die Feldvertei lung zu ändern.

Die Feldverteilung kann auch durch eine Einstellung eines Drehwinkels eines Drehtellers verändert werden, insbesondere falls sich darauf asymmetrisch geformtes Behandlungs gut befindet.

Da der Garraum einen Resonanzkörper für die Mikrowellen bildet, kann die Feldverteilung ferner durch eine Einstellung einer Mikrowellenfrequenz geändert werden. Beispielsweise können die Mikrowellen in einem Bereich [2,4 GHz; 2,5 GHz] variiert werden, z.B. in Schritten von 0,001 GHz bzw. 1 MHz. Es ist eine Ausgestaltung, dass aus der Temperaturänderung eine Größe einer Änderung eines aus dem Garraum zu dem Mikrowellengenerator zurückreflektierten Anteils der in den Garraum eingestrahlten Mikrowellenleistung bestimmt wird. Eine solche Bestimmung ist besonders einfach und schnell durchführbar. Somit lassen sich für zwei aufeinander folgende unterschiedliche Feldverteilungen oder Modenbilder deren zurückreflektierte Mikrowellenleistungen grob vergleichen, z.B. kann die zweite Feldverteilung einen größe ren, ungefähr gleich großen oder einen kleineren Anteil an zurückreflektierter Mikrowellen leistung aufweisen als die erste Feldverteilung. Dies ist analog zu der Aussage, dass der Anteil der in dem Garraum absorbierten oder dissipierten Mikrowellenleistung für die zwei te Feldverteilung kleiner, ungefähr gleich groß oder größer ist als bei der ersten Feldver teilung. Bei dieser Ausgestaltung kann also anhand der Temperaturänderung bestimmt werden, ob ein zu dem Mikrowellengenerator zurückreflektierter Anteil einer Mikrowellen leistung für eine Feldverteilung vor einem Umschaltzeitpunkt zwischen unterschiedlichen Einstellwerten oder für eine Feldverteilung nach diesem Umschaltzeitpunkt höher, gleich hoch oder niedriger ist. Entsprechend kann - je nach Eignung für den vorliegenden Be handlungsablauf - die nach dem Umschaltzeitpunkt vorhandene Feldverteilung beibehal ten werden oder die Einstellwerte auf die vor dem Umschaltzeitpunkt herrschenden Werte zurückgestellt werden.

Es ist eine Ausgestaltung, dass

- eine Temperaturkurve während des Mikrowellen-Behandlungsbetriebs aufgenom men wird,

- Kurvensteigungen vor und nach einem Umschaltzeitpunkt, zu dem die Feldvertei lung in dem Garraum geändert worden ist, bestimmt werden und

- aus dem Unterschied der Steigungen bestimmt wird, ob der zurückreflektierte An teil der Mikrowellenleistung für die Feldverteilung vor dem Umschaltzeitpunkt oder für die Feldverteilung nach dem Umschaltzeitpunkt höher bzw. niedriger ist.

Dies ergibt den Vorteil einer zuverlässigen Abschätzung der reflektierten Mikrowellenleis tung mit einem geringen Rechenaufwand. Die Kurvensteigungen können z.B. durch einen Kurvenfit eines geeigneten Kurvenabschnitts bestimmt werden.

Es ist eine Weiterbildung, dass die Steigungen als Steigungen linearer oder praktisch li nearer Kurvenabschnitte angenommen werden ("lineare Steigung"). Dies ermöglicht eine io

besonders einfache Auswertung. Die Annahme der Linearität der zum Bestimmen der Steigungen benutzten Kurvenabschnitte ist eine gute Annahme insbesondere für den Fall, dass sich der Mikrowellengenerator vor dem Umschaltzeitpunkt noch nicht im thermi schen Gleichgewicht befunden hat bzw. sich erst noch innerhalb einer Aufwärmphase befindet. Diese Weiterbildung ergibt den weiteren Vorteil, dass sie sich besonders gut für Behandlungsabläufe eignet, bei denen die Feldverteilung vergleichsweise häufig (z.B. alle 5 bis 30 Sekunden) ändert.

Der Kurvenabschnitt kann zur Steigungsbestimmung z.B. geglättet werden.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die Kurvensteigung vor dem Umschaltzeitpunkt in einem Kurvenabschnitt bestimmt wird, der bis unmittelbar vor den Umschaltzeitpunkt reicht. Dies ermöglicht einen besonders zuverlässigen Vergleich mit einer Steigung nach dem Um schaltzeitpunkt. Wird also z.B. ein Umschaltzeitpunkt mit tp bezeichnet, kann die Steigung der Kurve davor in einem Kurvenabschnitt [tp - Ät1 ; tp[ bestimmt werden, wobei Ät1 die Zeitdauer dieses Kurvenabschnitts darstellt.

Es ist eine Weiterbildung, dass die Kurvensteigung ab dem Umschaltzeitpunkt bestimmt wird, z.B. in einem Kurvenabschnitt ]tp; tp + Ät2] Es kann Ät1 = Ät2 = Ät gelten.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die Kurvensteigung ab dem Umschaltzeitpunkt, zuzüglich einer vorgegebenen Verzögerungszeit Ätd, bestimmt wird. Dadurch wird der Vorteil er reicht, dass während der Verzögerungszeit Ätd durch Umstellung der Feldverteilung kurz zeitig auftretende Effekte sich nicht auf die Bestimmung der Steigung auswirken. Die Kur vensteigung nach dem Umschaltzeitpunkt wird also in einem Kurvenabschnitt ]tp + Ätd; tp + Ätd + Ät2] bestimmt. Die Verzögerungszeit Ätd kann z.B. 0,5 bis 3 Sekunden, insbeson dere ein bis zwei Sekunden, betragen.

Es ist eine Ausgestaltung, dass während des Mikrowellen-Behandlungsbetriebs mindes tens ein Betriebsparameter mindestens einer Mikrowellenverteilungseinrichtung beruhend auf der Stärke des zugehörigen zurückreflektierten Anteils der Mikrowellenleistung einge stellt wird. So lässt sich eine Einstellung einer vorteilhaften Feldverteilung während eines Mikrowellen-Behandlungsablaufs besonders einfach einnehmen. Die Kombinationen der Einstellwerte, die zu einem gemeinsamen Zeitpunkt einstellbar sind, können auch als Satz von Einstellwerten, Werte-Tupel oder Mikrowellenparameterkombination (MPK) bezeich net werden.

Beispielsweise können für eine Erwärmung von Flüssigkeiten nur Feldverteilungen bzw. die zugehörigen Einstellwerte des mindestens einen Betriebsparameters verwendet wer den, bei denen eine geringe Mikrowellenreflexion auftritt. Dabei wird ausgenutzt, dass es zum Erwärmen einer Flüssigkeit wünschenswert ist, in diese möglichst schnell eine hohe Mikrowellenleistung einzubringen. Um dies zu erreichen, können alle MPKs, bei welchen viel Mikrowellenleistung reflektiert wird, vermieden werden, so dass kürzere Garvorgänge erreicht werden.

Ein Beispiel für den umgekehrten Fall ist ein Auftauvorgang, bei dem es nicht wün schenswert ist, dass ein bereits angetauter Bereich weiter erwärmt wird, solange an anderen Stellen des Garguts noch gefrorene Bereiche vorhanden sind. Sobald angetaute Bereiche mit Flüssigkeit entstehen, tritt der sog.„Runaway-Effekt“ auf, da getaute (flüssi ge) Bereiche Mikrowellenenergie deutlich schneller in Wärme umsetzen als gefrorene Bereiche. Durch Vermeiden von Einstellwerten, die zu Feldverteilungen mit geringer Re flexion führen, kann ein gleichmäßiges Auftauen unterstützt werden.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Verfahren dazu verwendet wird, die in Gargut absor bierte Mikrowellenleistung während eines Behandlungsvorgangs oder -ablaufs möglichst konstant zu halten. Wird dabei ein Zustand starker Reflexion erkannt, kann die Ausgangs leistung des Magnetrons erhöht werden, oder umgekehrt kann die Ausgangsleistung ge senkt werden, wenn die Reflexion aus dem Garraum abnimmt. Dadurch wird das Gargut während eines Behandlungsablaufs stets mit zumindest ungefähr der gleichen Leistung beaufschlagt, und zwar auch dann, wenn die Feldverteilung zur Vermeidung von stationä ren Hotspots im Gargut regelmäßig geändert wird, z.B. gezielt oder zufällig.

Es ist folglich allgemein eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Einstellwert so einge stellt wird, dass sich ein relativ niedriger zurückreflektierter Anteil der Mikrowellenleistung ergibt.

Es ist auch allgemein eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Einstellwert so eingestellt wird, dass sich ein relativ hoher zurückreflektierter Anteil der Mikrowellenleistung ergibt. Während eines Behandlungsablaufs können sich die Zielvorgaben (z.B. hoher oder gerin ger zurückreflektierter Anteil der Mikrowellenleistung) ändern. So kann tiefgefrorene Sup pe zunächst unter Vermeiden von Einstellwerten, die zu Feldverteilungen mit geringer Reflexion führen, gleichmäßig aufgetaut werden und dann durch Einstellen von Feldver teilungen mit geringer Reflexion schnell erhitzt werden.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Mikrowellenhaushaltsgerät, aufweisend einen Garraum, einen Mikrowellengenerator, eine Temperaturbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen einer Temperatur des Mikrowellengenerators, mindestens eine Mikrowellen verteilungseinrichtung und eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung dazu ein gerichtet ist, das wie oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Das Mikrowellenhaus haltsgerät kann analog zu dem Verfahren ausgebildet sein und weist die gleichen Vorteile auf.

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 Ausführungsbei spiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.

Fig.1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze eines Haushalts- Mikrowellengeräts;

Fig.2 zeigt Verläufe einer Temperatur eines Mikrowellengenerators des Haushalts- Mikrowellengeräts für unterschiedliche Einstellwerte einer Mikrowellenvertei lungseinrichtung;

Fig.3 zeigt Verläufe der Temperatur des Mikrowellengenerators bis zum Erreichen einer Gleichgewichtstemperatur für unterschiedliche Einstellwerte der Mikro wellenverteilungseinrichtung;

Fig.4 zeigt einen Verlauf der Temperatur des Mikrowellengenerators bei Wechsel des Einstellwerts der Mikrowellenverteilungseinrichtung nach Erreichen der Gleichgewichtstemperatur; und

Fig.5 zeigt einen Verlauf der Temperatur des Mikrowellengenerators bei mehrmali gem Wechsel des Einstellwerts der Mikrowellenverteilungseinrichtung vor Er reichen einer jeweiligen Gleichgewichtstemperatur. Fig.1 zeigt ein Mikrowellenhaushaltsgerät 1 , aufweisend einen Garraum 2, der eine mit tels einer Tür 3 verschließbare Beschickungsöffnung 4 aufweist. Durch die Beschickungs öffnung 4 kann Gut G in den Garraum 2 eingebracht werden. Das Mikrowellenhaushalts gerät 1 weist ferner einen Mikrowellengenerator in Form z.B. eines Magnetrons 5 auf. Von dem Magnetron 5 abgestrahlte Mikrowellen werden durch eine als Hohlleiter ausgebildete Mikrowellenführung 6 zu dem Garraum 2 geleitet und dort mittels einer Drehantenne 7 in den Garraum 2 eingekoppelt. Die Drehantenne 7 weist innerhalb des Garraums 2 einen Antennenflügel 8 auf und ist um eine Drehachse D drehbar (z.B. angetrieben durch einen nicht dargestellten Schrittmotor). Der Antennenflügel 8 ist dazu vorgesehen, bei Drehen der Drehantenne 7 eine Feldverteilung der Mikrowellen in dem Garraum 2 zu ändern. Die Drehantenne 7 dient somit auch als Mikrowellenverteilungseinrichtung. An dem Magnet ron 5 ist ein Temperatursensor 9 angebracht, um die Temperatur Tm des Magnetrons 5 ("Magnetrontemperatur") zu messen. Ferner weist das Mikrowellenhaushaltsgerät 1 eine Steuereinrichtung 10 auf, die unter anderem dazu eingerichtet ist, das Magnetron 5 anzu steuern (z.B. dessen Ausgangsleistung einzustellen), Messwerte des Temperatursensors 9 auszulesen und eine Winkelposition oder Drehwinkel cp der Drehantenne 7 um die Drehachse D einzustellen.

Die Steuereinrichtung 10 ist ferner dazu eingerichtet (z.B. dazu programmiert), einen Mik- rowellen-Behandlungsbetrieb mit in dem Garraum 2 befindlichem Gargut G und normal funktionierenden Komponenten abhängig von der Magnetrontemperatur Tm zu steuern.

Fig.2 zeigt zwei Kurven Verläufe als Auftragung der Magnetrontemperatur Tm in °C gegen eine Zeit t in Sekunden, und zwar für unterschiedliche Drehwinkel cp1 und cp2 der Drehan tenne 7 bei gleicher in den Garraum 2 eingespeister Mikrowellenleistung und ansonsten identischem Versuchsaufbau. Bei dem Versuchsaufbau wurde entsprechend einer Normmethode zur Messung der tatsächlichen Leistungsabgabe eines Mikrowellengeräts eine Temperaturänderung von einem Liter Wasser als der mikrowellenabsorbierenden Last bestimmt. Der durch die gestrichelten vertikalen Linien begrenzte Zeitbereich zwi schen t = 20 s und t = 80 s entspricht der Ein-Zeit oder dem Aktivierungszeitraum des Magnetrons 5 von 60 s. Gleichzeitig zu der Temperaturkurve wird auch die in die Wasserlast eingebrachte Mikrowellenleistung bestimmt. Die Einstellung des Drehwinkels cp1 als einem Einstellwert des Betriebsparameters cp führt hier nach einer Minute Behandlungs- oder Garzeit zu einer deutlich geringeren Magnetrontemperatur Tm und einer größeren Temperaturerhöhung der Wasserlast (o. Abb.) als bei Einstellung des Drehwinkels cp2. Bei dem Drehwinkel cp1 wird folglich weniger Leistung zurück zu dem Magnetron 5 reflektiert, so dass ein größerer Anteil der eingespeisten Mikrowellenleistung zur Erwärmung der Wasserlast zur Verfügung steht.

Im hier dargestellten Beispiel wurde für den Drehwinkel cp1 ein Temperaturhub in der Wasserlast von 11 ,9 °C festgestellt, was einem Leistungseintrag von rd. 870 W entspricht. Bei dem Drehwinkel cp2 hingegen betrug der Temperaturhub lediglich 9,8 °C, dies entspricht einem Leistungseintrag von rd. 710 W (Berechnung nach IEC 60705). Bei dem Drehwinkel cp2 ist die zum Magnetron 5 zurückreflektierte Mikrowellenleistung somit rd.

160 W höher als unter dem Drehwinkel cp1. Dies bewirkt eine höhere Magnetrontemperatur Tm unter dem Drehwinkel cp2. So beträgt die Magnetrontemperatur Tm gegen Ende der Ein-Zeit des Magnetrons 5 unter dem Drehwinkel cp1 rd. 76°C, unter dem Drehwinkel cp2 hingegen rd. 86°C. Randeffekte wie eine unterschiedliche Erwärmung von Elementen im Garraum (Bewandung (Muffel), Glasscheiben der Tür usw.) sind zwar vorhanden, aber nicht maßgeblich.

Fig.3 zeigt Kurvenverläufe der Magnetrontemperatur Tm bis zum Erreichen einer Gleichgewichtstemperatur für unterschiedliche Drehwinkel cp1 , cp2 und cpmult der Drehantenne 7 bei dauerhaft angeschaltetem Magnetron 5. Dabei bezeichnet cpmult die Einstellung mehrerer Werte des Drehwinkels cp während der Messzeit, insbesondere ein dauerndes Drehen der Drehantenne 7.

Bei längeren Heizvorgängen stellt sich aufgrund der Kühlung des Magnetrons 5 an diesem ein thermisches Gleichgewicht ein, ab dem die Magnetrontemperatur konstant der jeweiligen Gleichgewichtstemperatur entspricht. Die Gleichgewichtstemperatur ist von dem gewählten Drehwinkel cp (allgemein: von dem gewählten Satz von Einstellwerten) abhängig. Ein großer Reflexionsanteil der Mikrowellen führt bei gleichbleibender Kühlleistung zu einer höheren Gleichgewichtstemperatur. Wird - entsprechend dem mit cpmult bezeichneten Szenario - der Drehwinkel cp während des Behandlungsablaufs kontinuier- lieh variiert, z.B. durch Antennendrehung, entsteht durch thermische Trägheit des Magnet rons 5 eine über alle verwendeten Drehwinkel cp gemittelte Gleichgewichtstemperatur.

Fig.4 zeigt einen Verlauf der Magnetrontemperatur Tm bei Wechsel des Drehwinkels cp der Drehantenne 7 nach Erreichen der Gleichgewichtstemperatur.

Wird im Gleichgewichtszustand der Drehwinkel geändert (hier nach t = 215 s von dem Drehwinkel cp1 zu dem Drehwinkel cp2), ergibt sich aufgrund der neuen Reflexionsanteile eine von Null abweichende Steigung der Temperaturkurve. Eine positive Steigung bedeu tet, dass bei dem neuen Drehwinkel mehr Leistung zum Magnetron 5 zurückreflektiert wird, bei einer negativen Steigung wird weniger Leistung reflektiert als bei dem vorherigen Drehwinkel. In dem gezeigten Diagramm zeigt sich eine positive Steigung im Temperatur verlauf. Bei Drehwinkel cp2 wird folglich mehr Leistung zurückreflektiert als bei Drehwinkel cplDie Temperaturänderung am Magnetron 5 lässt sich schon nach ca. einer Sekunde nach Änderung des Drehwinkels cp beobachten, also sehr schnell.

Eine Aussage über den Anteil der reflektierten Mikrowellenleistung kann allgemein entwe der anhand eines Vergleichs der jeweiligen Gleichgewichtszustände getroffen werden und/oder durch Betrachten des Betrags und ggf. des Vorzeichens der Steigung beim Ver lassen des Gleichgewichtszustands. In der Praxis ist die Betrachtung der Steigung be sonders vorteilhaft, da diese deutlich schneller beobachtet werden kann.

Fig.5 zeigt einen Verlauf der Magnetrontemperatur bei mehrmaligem Wechsel des Dreh winkels cp der Drehantenne 7 vor Erreichen einer jeweiligen Gleichgewichtstemperatur.

Befindet sich das Magnetron 5 noch nicht in seinem thermischen Gleichgewichtszustand für einen aktuell eingestellten Drehwinkel cp, kann bei einem Wechsel des Drehwinkels cp keine Aussage anhand des Vorzeichens der Steigung des Kurvenverlaufs gemacht wer den. Beispielsweise führt in einem Temperaturbereich unterhalb der niedrigsten Gleich gewichtstemperatur jede Änderung des Drehwinkels cp zu einem Anstieg der Magnetron temperatur Tm und damit zu einer positiven Steigung. Eine Änderung des Drehwinkels cp führt allerdings in einem Großteil der Fälle zu einer sprunghaften Änderung der Steigung, was sich in einem Knick in der Kurve bzw. in dem Temperaturverlauf äußert. Um Aussagen über den Anteil der reflektierten Leistung der aktuellen Feldverteilung tref fen zu können, kann eine Steigung m1 der Kurve vor der Änderung des Drehwinkels cp mit einer Steigung m2 kurz nach der Änderung des Drehwinkels cp verglichen werden. Ist die Steigung m2 größer als die Steigung m1 des vorherigen Drehwinkels cp, ist auch der An teil der reflektierten Leistung größer.

Fig.5 zeigt speziell den Verlauf der Magnetrontemperatur Tm bei mehrmaligem Wechsel der Antennenposition. Die Umschaltzeitpunkte tp sind mit tp-1 bis tp-4 gekennzeichnet. Zumindest für tp-2 bis tp-4 lässt sich jeweils ein Abknicken der Kurve erkennen.

Zur Auswertung der Temperaturkurve kann beispielsweise eine Differenz Am der Stei gungen m1 und m2 vor und nach den jeweiligen Umschaltzeitpunkten tp-1 bis tp-4 be stimmt werden. Da die Umschaltungen des Drehwinkels cp im Vergleich zum Erreichen einer Gleichgewichtstemperatur kurz hintereinander erfolgen, können die Kurvenabschnit te außerhalb der Umschaltzeitpunkte tp-1 bis tp-4 mit guter Näherung als linear angese hen werden.

Die Steigungsdifferenz Am kann beispielsweise berechnet werden zu Am = m2 (]tp + Ätd; tp + Ätd + Ät2]) - m1 ([tp - Ät1 ; tp[), d.h., aus einer Differenz der Steigung m2, die aus einem Kurvenabschnitt hinter dem Um schaltzeitpunkt tp und der Zeitdauer Ät2 bestimmt worden ist, wobei dieser Kurvenab schnitt um die Verzögerungszeit Ätd verzögert hinter tp beginnt, und einer Steigung m 1 , die aus einem Kurvenabschnitt der Zeitdauer Ät1 bestimmt worden ist, welcher unmittel bar vor dem Umschaltzeitpunkt tp endet. Durch die Verzögerungszeit Ätd wird die thermi sche Trägheit des Systems berücksichtigt. Sie beträgt normalerweise nur ein bis zwei Sekunden.

Es gilt Äm < 0, wenn unter dem neuen Drehwinkel cp weniger Leistung zurückreflektiert wird. Es gilt Äm = 0, wenn unter dem neuen Drehwinkel cp gleich viel Leistung zurückre flektiert wird, und es gilt Äm > 0, wenn unter dem neuen Drehwinkel cp mehr Leistung zu rückreflektiert wird. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbei spiel beschränkt.

Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden wer- den, 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 Tole ranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.

Bezugszeichenliste

1 Mikrowellenhaushaltsgerät

2 Garraum

3 Tür

4 Beschickungsöffnung

5 Magnetron

6 Mikrowellenführung

7 Drehantenne

8 Antennenflügel

9 Temperatursensor

10 Steuereinrichtung

D Drehachse

G Gargut

m1 Steigung vor einem Umschaltzeitpunkt m2 Steigung nach einem Umschaltzeitpunkt t Zeit

tp-1 - tp-4 Umschaltzeitpunkt

Tm M ag n etro nte m pe ratu r

F Drehwinkel

cpmult Sequenz von Drehwinkeln

f1 Drehwinkel

F2 Drehwinkel

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Mikrowellen-Haushaltsgeräts (1), bei dem ein Mik- rowellen-Behandlungsbetrieb abhängig von einer Temperatur (Tm) eines Mikro wellengenerators (5) gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem während des Mikrowellen- Behandlungsbetriebs eine Feldverteilung in einem Garraum (2) des Mikrowellen- Haushaltsgeräts (1) geändert wird und der Mikrowellen-Behandlungsbetrieb ab hängig von einer durch die Änderung der Feldverteilung bewirkten Temperaturän derung des Mikrowellengenerators (5) gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Feldverteilung durch Ändern eines Ein stellwerts mindestens eines Betriebsparameters (cp) mindestens einer die Feldver teilung ändernden Mikrowellenverteilungseinrichtung (7, 8) geändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem mindestens ein Einstellwert aus der Gruppe der folgenden Betriebsparameter geändert wird:

Drehwinkel (cp) einer Drehantenne (7);

Höhenposition einer Drehantenne (7);

Drehwinkel eines Modenrührers;

Höhenposition eines Modenrührers;

Drehwinkel eines Drehtellers;

Mikrowellenfrequenz;

Phasenversatz zwischen unterschiedlichen Einspeisungspunkten;

Aktivierung oder Deaktivierung einer Einspeisung von Mikrowellen über meh rere Einspeisungspunkte;

Veränderung einer Leistungsaufteilung zwischen mehreren Einspeisungs punkten.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem aus der Temperaturände rung eine Größe einer Änderung eines aus dem Garraum (2) zu dem Mikrowellen- generator (5) zurückreflektierten Anteils der in den Garraum (2) eingestrahlten Mikrowellenleistung bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem

eine Temperaturkurve während des Mikrowellen-Behandlungsbetriebs aufgenommen wird,

Kurvensteigungen (m1 , m2) vor und nach einem Umschaltzeitpunkt (tp1-tp4), zu dem die Feldverteilung in dem Garraum (2) geändert worden ist, bestimmt werden und

aus der Änderung der Steigungen (m1 , m2) bestimmt wird, ob der zurückreflektierte Anteil der Mikrowellenleistung für die Feldverteilung vor dem Umschaltzeitpunkt (tp1-tp4) oder für die Feldverteilung nach dem Umschaltzeitpunkt (tp1-tp4) höher ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Kurvensteigung (m1) vor dem Umschaltzeitpunkt (tp1-tp4) bis unmittelbar vor dem Umschaltzeitpunkt (tp1-tp4) bestimmt wird und/oder die Kurvensteigung (m2) ab dem Umschaltzeitpunkt (tp1-tp4), zuzüglich einer vorgegebenen Verzögerungszeit, bestimmt wird

8. Verfahren nach Anspruch 3 in Verbindung mit einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem während des Mikrowellen-Behandlungsbetriebs mindestens ein Betriebsparameter (cp) mindestens einer Mikrowellenverteilungseinrichtung (7) beruhend auf der Stärke des zugehörigen zurückreflektierten Anteils der Mikrowellenleistung eingestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem mindestens ein Einstellwert (cp1 , cp2) so eingestellt wird, dass sich ein relativ niedriger zurückreflektierter Anteil der Mikrowellenleistung ergibt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem mindestens eine Einstellwert (cp1 , cp2) so eingestellt wird, dass sich ein relativ hoher zurückreflektierter Anteil der Mikrowellenleistung ergibt.

11. Mikrowellenhaushaltsgerät (1), aufweisend einen Garraum (2), einen Mikrowellen generator (5), eine Temperaturbestimmungsvorrichtung (9) zum Bestimmen einer Temperatur (Tm) des Mikrowellengenerators (5), mindestens eine Mikrowellenver teilungseinrichtung (7, 8) und eine Steuereinrichtung (10), wobei die Steuereinrich- tung (10) dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden

Ansprüche durchzuführen.